基于固体各向同性材料惩罚模型(Solid isotropic material with penalization,SIMP)的多材料柔性机构拓扑优化是将原问题分解成若干子问题进行分层优化,成倍地增加了设计变量数量,且该方法利用传统的有限元离散,为了得到清晰的拓扑结构网格数量必然巨大,这两方面的因素造成了该方法计算效率低下.因此,基于幂函数多项式提出序列插值模型,用该模型进行多材料布局迭代,使不同材料在设计域内序列向预定义的多个材料点聚集,无须分解成子问题即可在单一优化框架下完成多材料的拓扑优化,且没有增加设计变量数量.以机构的几何增益最大为目标,建立多材料柔性机构拓扑优化模型.在利用有限元求解控制方程过程中引入多重网格方法,网格划分粒度层次递进,将粗网格水平下位移场作为细网格上的初始场量,避免直接用细密网格将设计域整体离散带来的高计算成本问题,提升计算效率.通过改进的优化准则法求解模型,得到序列最优布局型式的多材料柔性机构.通过典型算例及与基于SIMP的方法相应结果对比,验证了提出方法的有效性.
柔性机构 多材料 拓扑优化 序列插值模型 多重网格方法