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一种面向多种微观结构的材料结构一体化构建方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过带有后处理机制的变密度法对宏观结构设计域进行初始化分区，形成宏观结 构的子区域，不同子区域由不同种微观结构周期性排列组成，因此每个子区域具有不同的 宏观材料等效属性；(2)针对分区域后的宏观结构与步骤(1)定义的多种微观结构，基于参数化水平集与均 匀化理论构建面向多种微观结构的宏微观一体化优化模型；针对多种微观结构进行有限单 元分析，定义微观结构在宏观分区域的等效材料属性，并应用于宏观结构的有限单元分析 求解宏观位移场；基于得到的宏观位移场求解宏微观一体化优化模型的目标函数；基于双 尺度下的灵敏度分析定义设计灵敏度，采用最优准则算法更新双尺度设计变量，确定最优 的宏观结构与微观结构，使得整体的结构性能达到最优。

本发明属于结构优化技术领域，公开了一种面向多种微观结构的材料结构一体化构建方法，针对传统变密度法得到的连续变化的材料分布以及单元密度，基于后处理机制对材料区域进行划分与单元密度分组，实现对宏观结构内具有不同材料属性的区域进行定义与划分，实现对宏观结构内的多种微观结构进行定义；其次基于参数化水平集拓扑优化方法与均匀化理论建立材料结构一体化设计模型，即针对定义的多种微观结构与宏观结构进行一体化设计，实现宏观结构与多种微观结构并行化设计，在给定约束条件下，实现整体结构的性能达到最优。

机械结构设计包括对宏观结构的构建，以及对局部材料的设计；对于宏观结构的 构建而言，以寻求结构设计域内材料的合理分布，在给定的约束条件下实现宏观结构性能 达到最优为目的。而局部材料设计是通过改变材料的微观结构来实现材料宏观等效属性的 改变，进而优化产品性能。宏观结构的构建中需要考虑局部的材料弹性属性，而在传统机械 结构设计中，这个材料弹性属性值设为定值；在局部材料设计中，需要以宏观结构的边界条 件与负载条件来确定材料属性的需求变化，因此如何建立材料结构一体化设计方法成为现 今研究热点。

华中科技大学（Huazhong University of Science and Technology），简称华中大、华科大 ，位于湖北省武汉市，是中华人民共和国教育部直属的综合性研究型全国重点大学、位列国家“双一流”“985工程”“211工程”、入选“强基计划”“111计划”、卓越工程师教育培养计划、卓越医生教育培养计划、国家大学生创新性实验计划、国家级大学生创新创业训练计划、国家建设高水平大学公派研究生项目、国家级新工科研究与实践项目、基础学科拔尖学生培养计划2.0，是学位授权自主审核单位、全国深化创新创业教育改革示范高校、一流网络安全学院建设示范项目高校、中国政府奖学金来华留学生接收院校、教育部来华留学示范基地，为中欧工程教育平台成员和医学“双一流”建设联盟 、国际应用科技开发协作网 、全球能源互联网大学联盟成员。

(1)本发明提供的面向多种微观结构的材料结构一体化构建方法，与现有的技术 相比，仍然保证了宏观结构与微观结构并行化优化设计，维持了初始一体化设计的宏微观 的耦合性，仍保持了初始的优化可行空间；

 (2)本发明提供的面向多种微观结构的材料结构一体化构建方法，与现有技术相 比，在保证宏微观双尺度耦合优化设计的前提下，可面向多种微观结构优化设计，实现了在 宏观结构域内不同部分由于边界条件的原因，对材料的属性要求不同，而进行局部性材料 微观结构优化设计，大大增加了优化设计的可行空间，增强了结构优化设计性能；

（3)本发明提供的面向多种微观结构的材料结构一体化构建方法，与现有技术相 比，针对传统变密度法在无惩罚机制时，建立一种连续分布密度单元的后处理机制，实现宏 观结构设计域分类为多个子区域。相比于传统的逐点式设计，本发明不仅大大缩减了计算 成本，也可大幅度提升结构性能。

本专利成果采用技术转让，技术入股，技术合作等成果转化方式，希望进一步实现该专利的有益效果，有兴趣皆可面议。