[发明专利]一种适用于增材制造的自支撑网状结构拓扑优化设计方法

摘要

本发明属于结构优化设计相关技术领域，其公开了一种适用于增材制造的自支撑网状结构拓扑优化设计方法，其包括以下步骤(1)利用SIMP材料密度‑刚度插值模型，获取[0，1]之间不同层次实体材料的密度分布，同时得到宏观材料布局形式及宏观位移场；(2)构建基于参数化水平集方法的优化模型，在宏观材料布局优化的基础上，针对不同的中间密度单元进行微结构构型拓扑优化，并输出最优细观微结构构型。上述方法将支撑结构与所设计结构自身相结合，融合了宏观材料布局优化及细观微结构拓扑优化，避免了在增材制造成型中支撑结构的添加，节约了耗材，降低了成本，灵活性较高，且保护了结构表面质量。

主权项

一种适用于增材制造的自支撑网状结构拓扑优化设计方法，其包括以下步骤：步骤一，利用SIMP材料密度‑刚度插值模型，获取[0，1]之间不同层次实体材料的密度分布，同时得到宏观材料布局形式及宏观位移场，步骤一包括以下子步骤：(11)基于SIMP材料密度‑刚度插值模型，对宏观材料布局的相对单元密度、材料体分比、优化算法参数进行初始化；(12)对宏观材料布局进行有限元分析，以获得宏观结构整体位移场U；(13)计算宏观结构整体刚度，并将所述宏观结构整体刚度作为目标函数值，优化目标为使宏观结构整体刚度最大化，约束条件为材料使用量；(14)计算目标函数及体积约束对设计变量的敏度；(15)采用计算获得的敏度构建优化准则，并求解宏观结构整体刚度的优化模型，以更新宏观结构有限单元密度设计变量；(16)判断目标函数是否满足收敛条件，若满足收敛条件，则输出最后的宏观材料布局形式以及当前的宏观位移场U，否则转至步骤(12)；步骤二，构建基于参数化水平集方法的优化模型，在宏观材料布局优化的基础上，针对不同的中间密度单元进行微结构构型拓扑优化，并输出最优细观微结构构型。