周奇才,吴青龙,熊肖磊

(同济大学机械与能源工程学院,上海 201804)



基于拓扑优化和骨架提取的杆系结构设计方法

周奇才,吴青龙,熊肖磊

(同济大学机械与能源工程学院,上海 201804)

以二值图像细化算法为基础,提出了基于有限单元8-邻域网格模型的骨架提取算法.通过SKO(Soft Kill Option)拓扑优化方法获得连续体拓扑优化结果.应用网格模型骨架提取算法,提取拓扑优化模型的网格骨架,找到反映拓扑结构特征的传力关键点,再基于传力关键点连接杆件形成杆系结构.以该方法得到的杆系结构具有优化的拓扑结构和力学特性,因而杆件布置合理,结构应力分布均匀.

杆系结构; 拓扑优化; 骨架提取; SKO算法; 有限单元

ZHOU Qi-cai,WU Qing-long,XIONG Xiao-lei

(School of Mechanical Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China)

杆系结构是对结构拓扑和形状非常敏感的结构体系[1].传统的杆系结构设计多是根据经验、参考相关设计手册和规范标准或借鉴现有产品来进行的程式化设计,而杆系结构的优化设计也多是在人为给定了初步方案之后,借助计算机软件进行力学分析与验证,再根据分析结果进行优化与改进,且多是对杆件进行尺寸优化和形状优化,而对于结构优化中较高层次的拓扑优化[2],传统的杆系结构优化算法则难以实现.因此,按传统思路设计出来的结构虽然符合标准规范的要求,但往往局限于传统结构形式和工程师的经验,设计的结构在应力、应变等方面具有较大的冗余.这是因为在给定了拓扑构型的结构方案上进行优化,可优化的……