机械工程学报

作者：郑静, 荣轩霈, 姜潮, 米栋, 李加强

单位：1. 湖南大学特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室 长沙 410082;2. 中国航发湖南动力机械研究所 株洲 412002

关键词：拓扑优化,热力耦合,惯性载荷；

基金：国家自然科学基金资助项目(52005172,52235005)。

现代复杂装备结构通常不仅处于热力耦合的复杂环境，而且承受着不可忽视的惯性力作用。针对这一类问题，提出了一种考虑拓扑相关惯性载荷的热力耦合拓扑优化高效求解方法。首先，构建了考虑热载荷、机械载荷以及惯性载荷的热力耦合拓扑优化模型，在体积约束条件下优化结构的柔顺度；其次，给出了惯性载荷的计算方法，针对低密度区域材料分布不收敛的问题提出了一种改进的材料插值惩罚模型，并基于此推导了结构柔顺度关于拓扑设计变量的敏度；最后，采用了基于梯度的移动渐近线法(Method of moving asymptotes, MMA)更新拓扑设计变量。此外，开发了基于MATLAB和ABAQUS的热力耦合拓扑优化平台，可适用于复杂工程中不规则结构设计域的拓扑优化问题。数值算例结果表明，所提出方法可有效避免低密度区域结构分布模糊的现象，具有良好的收敛性。

来源：2024年第13期

《机械工程学报》期刊编辑部

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