王朝华 吴凤和② 郭保苏②

(①燕山大学，河北 秦皇岛 066004；②河北省重型智能制造装备工程技术研究中心, 河北 秦皇岛066004)

承载结构的高刚度、高强度、低重量设计是结构工程师长期追求的目标，特别是航天、航空及汽车等领域[1]，结构承载性能的评价与优化成为轻量化设计过程中的一个关键问题。结构优化方法因能在概念设计阶段提供轻质、高效的结构形式，在详细设计阶段提供最佳尺寸参数，受到各行业学者的广泛关注[2-3]，包括拓扑优化、形状优化和尺寸优化，通过建立严密的数学模型，多次迭代搜索得到优化方案，其优化的本质属于黑箱模型优化，是基于数值分析不断迭代搜索得到的结果，无法给出优化结果的原因及力学解释[4]。

传力路径[5]是指力在结构中的传递路线，始于力的作用点，到对应的平衡反力处终止，其作为1种新的设计理念，近年来受到学者们的广泛关注，文献[6]认为力总是沿着结构刚度最大的通道传递，提出了一种基于相对刚度的传力路径可视化法，在汽车等结构的传力性能评价中得到应用[7]，但该方法目前的评价准则主要依赖于理想结构的传力路径与实际传力路径的差值分析，而不同结构的形状轮廓往往与理想传力路径存在较大区别，另外，该方法未给出详细的承载性能优化思路，其适用性有待提升。

本文给出传力路径计算基本思路，提出结构承载性能评价及优化方法，进一步提出将材料沿传力路径布置以最大限度发挥结构承载性能的设计思路，实现承载结构的高刚度设计。……