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基于拓扑描述函数的特定性能材料设计方法
  • ISSN号:0254-7805
  • 期刊名称:《固体力学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O342[理学—固体力学;理学—力学]
  • 作者机构:[1]大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室工程力学系,大连116024
  • 相关基金:国家自然科学基金重点项目(10332010)、创新群体基金(10421202)项目;国家重点基础研究计划(973)项目(2006CB601205);“新世纪优秀人才”计划(2004)资助.
中文摘要:

研究了拓扑描述函数在材料设计中的应用,给出了一种基于拓扑描述函数的特定性能材料设计问题的提法和求解方法.将拓扑描述函数表示成含参数的基函数之和,将材料微结构拓扑优化问题转化为设计基函数描述参数的尺寸优化问题,使问题求解更方便.基于拓扑描述函数的方法可以准确确定设计域上任意点的材料分布,避免了变密度法常出现的棋盘效应、设计变量和有限元单元相关的缺点;与传统的水平集方法相比,其优化模型可以利用现有的优化方法求解,避免了差分法求偏微分方程,具有正泊松比和负泊松比的特定弹性性能材料的设计算例,说明了基于拓扑描述函数的材料设计方法的有效性。

英文摘要:

The purpose of this paper is to investigate the application of topology description function (TDF) in material design. Using TDF to describe the topology of the microstructure, the formulation and the solving technique of the design problem of materials with prescribed mechanical properties are presented. By presenting the TDF as the sum of a series of basic functions determined by parameters, the topology optimization of material microstructure is formulated as a size optimization problem whose design variables are parameters of TDF basic functions and independent of the mesh of the design domain. By this method, high quality topologies for describing the distribution of constituent material in design domain can be obtained and checkerboard problem often met in variable density method is avoided. Compared with conventional level set method,the optimization problem can be solved simply by existing optimization techniques without the process to solve the " Hamilton-Jacobi-type" equation by difference method. The proposed method is illustrated with two 2D examples. One gives the unit cell with positive Poisson's ratio,the other with negative Poisson's ratio. The examples show the method based on TDF is effective for material design.

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期刊信息
  • 《固体力学学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国力学学会
  • 主编:方岱宁
  • 地址:武汉华中科技大学南一楼西北508室
  • 邮编:430074
  • 邮箱:amss@mail.hust.edu.cn
  • 电话:027-87543737
  • 国际标准刊号:ISSN:0254-7805
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1250/O3
  • 邮发代号:38-44
  • 获奖情况:
  • 获得第二届全国优秀科技期刊三等奖,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:6186