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基于高精度通用单胞模型的材料细观结构拓扑优化设计
引用本文:孙杰,孙志刚,宋迎东,高希光. 基于高精度通用单胞模型的材料细观结构拓扑优化设计[J]. 航空学报, 2009, 30(11): 2106-2112
作者姓名:孙杰  孙志刚  宋迎东  高希光
作者单位:南京航空航天大学,能源与动力学院,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,能源与动力学院,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,能源与动力学院,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,能源与动力学院,江苏,南京,210016
基金项目:高等学校博士点专项科研基金 
摘    要:
 利用高精度通用单胞模型(HFGMC)建立了材料的宏观力学性能与细观拓扑结构之间的关系,采用遗传算法进行细观结构优化设计。以材料的极限剪切模量或体积模量为优化目标,从随机的细观结构出发,对实体材料体积分数进行约束,采用遗传算法进行优化,获得了满足设计要求的细观拓扑结构。利用细观结构的对称性减小了设计变量的规模,并对遗传算法的交叉过程进行了改进,有效提高了优化效率。以单相材料为例,验证了所提优化方法的有效性.

关 键 词:高精度通用单胞模型  细观结构  拓扑优化  遗传算法  剪切模量

Microstructure Topological Optimization Based on High-fidelity Generalized Method of Cell
Sun Jie,Sun Zhigang,Song Yingdong,Gao Xiguang. Microstructure Topological Optimization Based on High-fidelity Generalized Method of Cell[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2009, 30(11): 2106-2112
Authors:Sun Jie  Sun Zhigang  Song Yingdong  Gao Xiguang
Affiliation:College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Abstract:
A high-fidelity generalized method of cell (HFGMC) is used to build the relationship between the mechanical properties of a material and its topological microstructure, and genetic algorithm is used to optimize the mierostructure. Optimization starts with random topological microstructures, and volume fraction of the material is constrained. Genetic algorithm is used to obtain a microstructure with extreme shear module or bulk module. The symmetry of microstructures is used to reduce the number of design variables, which also results in a corresponding improvement of the crossbreed of the genetic algorithm to enhance the efficiency of optimiza-tion. An optimization of a single-phase material is performed to verify the effectiveness of the proposed method.
Keywords:HFGMC  microstructure  topological optimization  genetic algorithms  shear module
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