基于变密度法的连续体结构拓扑优化改进策略
罗肇艺1
王天波2
魏民祥3
吴江4
薛文帅1
1.江苏理工学院 汽车与交通工程学院,常州 2130012.江苏理工学院 汽车与交通工程学院,常州 213001;南京航空航天大学 能源与动力学院,南京 210016;宁波思明汽车科技股份有限公司,宁波 3151713.南京航空航天大学 能源与动力学院,南京 2100164.宁波思明汽车科技股份有限公司,宁波 315171
摘要：[目的]针对连续体结构拓扑优化中变密度法存在的数值不稳定性及优化性能不足问题,提出一种基于改进插值模型和灰度抑制算子的优化策略,以获取边界清晰、完全离散的理想优化结构.[方法]首先,针对固体各向同性材料惩罚模型与材料属性合理近似模型在惩罚能力和收敛速度上的局限性,构建一种指数型改进插值模型,以提升单元密度向0/1两极化的驱动力,为后续优化求解提供支撑;其次,采用Sigmund灵敏度过滤法消除棋盘格与网格依赖现象,保证优化结构的数值稳定性;最后,在优化准则法中,集成设计灰度抑制算子,用于加速灰度单元向实体或空洞状态的转化.[结果]结果表明,在不同载荷与约束条件下的悬臂梁、双载荷悬臂梁及L形梁算例中,所提改进策略均取得显著成效.与对照方法相比,迭代次数分别减少13次、5次和82次,结构柔度分别降低1.874、2.943、16.948 N∙mm,离散度与灰度率均降至0,获得完全离散且边界清晰的无灰度单元优化结构,验证了改进策略在收敛速度与求解质量上的优越性.
关键词：变密度法拓扑优化插值模型灰度抑制灵敏度过滤法
分类号：TH122(机械设计、计算与制图)
论文发表日期：2026-08-15
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 45-54 )
英文信息