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多相材料结构拓扑优化的周长控制方法研究
引用本文:孙士平,张卫红.多相材料结构拓扑优化的周长控制方法研究[J].航空学报,2006,27(5):963-968.
作者姓名:孙士平  张卫红
作者单位:西北工业大学,现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,陕西,西安,710072;西北工业大学,现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,陕西,西安,710072
基金项目:国家自然科学基金 , 国家自然科学基金 , 国家重点基础研究发展计划(973计划) , 航空基础科学基金
摘    要:针对多相材料结构的拓扑优化出现的棋盘格问题,研究了周长约束控制方法。根据多相材料组分情况下结构有限单元密度变量的定义特点,拓展了周长约束的原始定义概念并提出了相应的4种周长控制约束新格式。以结构最大刚度优化设计问题为例,结合凸规划对偶求解方法验证了4种格式的有效性。计算结果表明:独立控制各类变量周长的方式能更有效地实现多相材料结构的拓扑优化设计,获得消除棋盘格和中间变量值的清晰结果。

关 键 词:多相材料  拓扑优化  周长控制  棋盘格  对偶算法
文章编号:1000-6893(2006)05-0963-06
收稿时间:2005-05-08
修稿时间:2005年5月8日

Investigation of Perimeter Control Methods for Structural Topology Optimization with Multiphase Materials
SUN Shi-ping,ZHANG Wei-hong.Investigation of Perimeter Control Methods for Structural Topology Optimization with Multiphase Materials[J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica,2006,27(5):963-968.
Authors:SUN Shi-ping  ZHANG Wei-hong
Institution:The Key Laboratory of Contemporary Design and Integrated Manufacturing Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China
Abstract:The development of perimeter control of the checkerboard involved in structure topology optimization of multiphase materials is presented.Based on the characteristics of density design variables associated with multiphase materials,the general concept of perimeter control is extended and four kinds of perimeter constraints are proposed in this paper.A comparative study of these perimeter constraints is carried out based on several 2D topology optimization examples that are extensively used in the literature for the compliance minimization.Design optimization problems are solved by convex linear programming.Numerical experiences show that the perimeter control using each kind of design variables separately is effective and can be directly extended to problems of multiphase materials.Checkerboards and intermediate values of density variables are able to be eliminated efficiently.
Keywords:multiphase materials  topology optimization  perimeter control  checkerboard  dual algorithm
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