考虑界面行为下对于可变动组件和基体结构的综合优化

【作者】 马晶； 刘湃； 亢战；

【机构】 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室；

【摘要】 现有的多材料或者是材料组件同时优化的工作大多是假定材料之间是完全粘接的完美界面,但是近年的一些研究显示,当考虑界面开裂可能的时候,原本基于理想界面的综合设计将可能导致结构的失效。为了实现基体结构和嵌入组件布局的同时优化,并且考虑界面行为对于最终优化结构的影响,本文的工作主要有三个方面:第一,采用椭圆和闭合B样条曲线对于可变形可移动的组件进行了显示参数的描述;第二,采用速度场水平集方法,使用全设计域的速度场驱动基体的拓扑构型,并且将组件描述的显示表达转换成与基体描述一致的水平集函数形式,从而使用GCMMA方法进行可以考虑不同约束(组件之间重叠约束以及组件在设计域内的约束)的参数更新;第三,采用经典的断裂力学中的内聚力模型描述界面的开裂,并且采用结构应变能和界面断裂能之和最大化作为优化的目标,表征结构的韧性最大化。本文利用水平集的边界描述以及Xfem的扩展节点自由度的界面本构描述能力,使用Newton-Raphson方法进行非线性的界面行为的求解,实现了可变动的组件和基体结构的同时优化。更多还原