[发明专利]一种面向多种微观结构的材料结构一体化构建方法

权利要求书

1.一种面向多种微观结构的材料结构一体化构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)通过带有后处理机制的变密度法对宏观结构设计域进行初始化分区，形成宏观结构的子区域，不同子区域由不同种微观结构周期性排列组成，因此每个子区域具有不同的宏观材料等效属性；

(2)针对分区域后的宏观结构与步骤(1)定义的多种微观结构，基于参数化水平集与均匀化理论构建面向多种微观结构的宏微观一体化优化模型；针对多种微观结构进行有限单元分析，定义微观结构在宏观分区域的等效材料属性，并应用于宏观结构的有限单元分析求解宏观位移场；基于得到的宏观位移场求解宏微观一体化优化模型的目标函数；基于双尺度下的灵敏度分析定义设计灵敏度，采用最优准则算法更新双尺度设计变量，确定最优的宏观结构与微观结构，使得整体的结构性能达到最优。

2.如权利要求1所述的一种面向多种微观结构的材料结构一体化构建方法，其特征在于，基于变密度法的材料分布模型为：

Find:X＝(x₁,x₂,...,x_N)

Minimize:

Subject to:

其中，X为宏观结构单元密度，包含N个结构单元，分别为：x₁,x₂,…,x_N，取值范围为x_min到1，其中x_min为预设的最小材料相对密度，取值0.001以防止计算时刚度矩阵奇异；C为结构静柔顺度，是结构优化的目标函数；F为外载荷向量，U为结构整体位移，K为结构整体刚度矩阵；N_e表示第N_e个单元，表示第N_e个单元的密度，表示第N_e个单元的位移；p表示单元密度惩罚指数；T表示矩阵的转置；K₀为单元密度为1时的单元对应的刚度矩阵；G₀为模型设计的体积约束，为定义的体积约束的最大值，V₀为单元相对密度为1时的体积。

3.如权利要求2所述的一种面向多种微观结构的材料结构一体化构建方法，其特征在于，面向所述的材料分布模型，建立后处理机制为：

其中，表示第I个宏观结构子区域，X_I是指在区域内修改后的单元密度，NI表示属于该区域的单元个数，表示第N_e个单元的密度，N_Ω为宏观结构分区形成的子区域的数量。