机械工程学报

作者：白影春, 景文秀

单位：1. 北京理工大学电动车辆国家工程实验室 北京 100081;2. 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室 长沙 410082

关键词：拓扑优化,壳-填充结构,密度法,均匀化方法,Helmholtz滤波；

基金：国家自然科学基金（51805032）和湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验开放基金（31915001）资助项目。

提出一种基于滤波/映射边界描述的壳-填充结构拓扑优化方法，用以实现壳-填充结构宏观拓扑构型和填充区域材料微观分布协同优化。该方法针对宏观单元密度引入两步Helmholtz滤波映射和空间梯度范数归一化，用以描述壳层区域和填充区域几何特征；基于惩罚的固体各向同性材料方法设计微观结构，基于均匀化理论分别获得壳层实体区域和填充孔隙区域等效弹性矩阵，在此基础上发展出融合壳-填充几何特征信息的材料插值模型；基于所提出的材料插值模型，建立以最小应变能为目标，双体积比约束下的多尺度拓扑优化模型并进行求解；以悬臂梁和MBB梁为算例，开展有壳/无壳设计、载荷工况、微结构体积分数和微结构的初始设计等不同因素对最终设计的影响，分析结果验证所发展算法的有效性。

来源：2021年第4期

《机械工程学报》期刊编辑部

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