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申请/专利权人：河海大学

摘要：本发明为高性能Voronoi均质梯度多孔结构的拓扑优化方法，用于先进建造中。采用梯度泊松圆盘采样法生成Voronoi梯度采样点，将Voronoi的多孔单元采样点间距作为泊松圆盘半径，以此作为设计变量，根据结构柔度最小获得的最优杨氏模量来构造多孔结构，既能在总体上体现材料分布的梯度变化，又使得杨氏模量相近的局部区域均匀分布，提高了计算精度，保证了材料分布的合理性。

主权项：1.一种高性能Voronoi均质梯度多孔结构的拓扑优化方法，其特征在于，所述拓扑优化方法包括以下步骤：步骤1、给定初始设计域，并指定Voronoi梯度多孔结构的建造参数：包括多孔单元壁厚t、预设填充率w、多孔单元采样点间距r的最小值rmin；步骤2、建立多孔单元壁厚、采样点间距和杨氏模量之间的关系为： （1），其中，n为常数；为多孔单元的填充密度；为多孔单元填充满时的密度；E为多孔单元的杨氏模量；当r取最小值rmin时，E获得最大值Emax，Emax=2trminn；步骤3、以结构柔度最小为目标，将初始设计域离散为若干数量的四边形网格单元，四边形网格单元的行和列编号分别用i和j表示，根据结构的受力条件获得设计域内每个四边形网格单元的最优杨氏模量Eij；步骤4、生成梯度采样点：步骤4-1设定杨氏模量阈值δ，0δEmax，将最优杨氏模量值小于δ的四边形网格单元删除，根据剩余四边形网格单元的边界生成新的设计域，并对新的设计域边界进行光滑处理；步骤4-2采用梯度泊松圆盘采样法布置梯度采样点，具体为：在新的设计域内布置间距小于四边形网格单元边长的均匀采样点；根据均匀采样点所在的四边形网格单元的Eij值利用公式（1）计算出r，以r作为泊松圆盘半径；每一个均匀采样点对应一个泊松圆盘半径，找出当前均匀采样点中泊松圆盘半径最小值对应的采样点，以该采样点为中心点画一个半径为当前均匀采样点中泊松圆盘半径的最小值的圆，储存中心点并去除圆内其他均匀采样点；重复去除均匀采样点的过程，直至删除新的设计域内所有均匀采样点为止，此时存储的中心点为梯度采样点；步骤5、构造梯度多孔结构建造区域并调整填充率：步骤5-1根据梯度采样点在新的设计域内生成Voronoi梯度多孔单元骨架；将骨架向两侧偏置t2生成多孔单元建造区域RC，将新的设计域向内偏置t生成壳体结构区域RS，优化的多孔结构建造区域RP为RC和RS的并集；则当前填充率wk为RP和初始设计域面积的比值；设置填充率误差为，判断当前填充率wk与预设填充率w的差的绝对值是否小于，若不小于，则执行步骤5-2；若，则停止迭代计算，获得优化后的高性能Voronoi均质梯度多孔结构；步骤5-2设定一个区间[vol1,vol2]，vol1和vol2的初始值分别取0和Emax；通过缩小区间[vol1,vol2]的范围不断改变f，使第k次迭代时的填充率wk逐步逼近预设填充率w；每次更新时f的计算公式为式（2）： （2）式中，上标k表示第k次迭代计算，f为所有Eij值之和与Eij数量的比值；当f改变时，重新计算每个四边形网格单元的最优杨氏模量Eij，重复步骤4以及步骤5-1获得下一次迭代的当前填充率。

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