机械工程学报

作者：蔡金虎, 荣见华, 丁慧冰, 赵磊, 张明军, 赵志军

单位：1. 长沙理工大学汽车与机械工程学院 长沙 410114;2. 长沙理工大学土木工程学院 长沙 410114;3. 长沙学院土木工程系 长沙 410076

关键词：拓扑优化,拉/压非对称材料,主应力,多材料结构,混合应力单元；

基金：国家自然科学基金(12172065,12102066)、湖南省自然科学基金(2024JJ6045,2022JJ40465,2022JJ30610)和中国建筑第五工程局有限公司合作研究(2019RG088)资助项目。

由具有不同拉伸和压缩性能材料组成的复合材料结构在实际工程中应用广泛，然而针对这类材料所组成的拉/压结构拓扑优化设计的研究很少，亟需深入研究。提出了一种基于纯受拉、纯受压、正交异性材料和空属性材料的四相材料模型的拉/压结构拓扑优化方法，该方法采用混合应力单元离散设计域，建立了一种基于主应力值与拉/压容限的单元拉/压状态判断准则，可以更准确地识别单元的拉/压状态，以实现基于单元应力状态的材料分布。针对多工况载荷设计，构建了基于拉/压应变能差异容差限的多工况载荷下的单元拉/压状态判断方法。采用四相材料模型进行拉/压结构设计，可以获得性能更优的设计结果。通过算例验证了所提方法设计拉/压结构的有效性，以及各参数、载荷边界及多工况条件对设计结果的影响。

来源：2025年第9期

《机械工程学报》期刊编辑部

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