机械工程学报

作者：周意葱, 林起崟, 王晨, 邵衡, 洪军

单位：1. 西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室 西安 710049;2. 西安交通大学机械工程学院 西安 710049

关键词：结构拓扑优化,材料刚度优化,协同优化,接触应力；

基金：国家自然科学基金资助项目(52222508，52335011)。

接触问题的高度非线性使得同时实现装配结构高材料利用率与接触界面均匀应力分布并非易事，现有考虑接触界面应力分布的结构拓扑优化大多需要较复杂的处理过程及较大的计算资源。针对该问题，提出装配体结构与材料刚度协同优化思路；采用先结构拓扑优化后材料刚度优化的顺序优化策略，先通过结构拓扑优化实现装配结构的高材料利用率，再以结构拓扑优化后的输出作为材料刚度优化的输入，通过材料刚度优化实现接触界面的均匀应力分布；该思路具有可直接采用成熟拓扑优化方法而无须进行复杂处理以考虑接触非线性的特点。进一步建立接触问题中的结构拓扑与材料刚度协同优化模型，提出基于Von Mises应力的结构拓扑与材料刚度协同优化方法，优化过程中无须进行敏度分析。最后以典型弹性-刚性装配结构与弹性-弹性装配结构为设计对象，进行结构拓扑与材料刚度协同优化应用验证。

来源：2024年第11期

《机械工程学报》期刊编辑部

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