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一种五模超材料骨支架的多目标等几何多尺度拓扑优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)对所有五模超材料点阵样本的相对密度及对应的宏观等效渗流属性和力学属性进行拟合以构建代理模型，并通过该代理模型来预测待优化结构的任意相对密度点阵的宏观等效渗流属性和力学属性；(2)将待优化结构的宏观设计域通过等几何方法离散为若干个单元，进而基于点阵的宏观等效渗流属性和力学属性及该代理模型构建以柔度最小和能量损耗最小为目标的多目标等几何拓扑优化模型，采用多目标等几何拓扑优化模型优化宏观设计域内每个单元内梯度点阵的密度值；

本发明属于结构优化相关技术领域，其公开了一种五模超材料骨支架的多目标等几何多尺度拓扑优化方法，包括以下步骤：(1)采用代理模型来预测待优化结构的任意相对密度点阵的宏观等效渗流属性和力学属性；(2)将待优化结构的宏观设计域离散为若干个单元，进而基于点阵的宏观等效渗流属性和力学属性及该代理模型构建以柔度最小和能量损耗最小为目标的多目标等几何拓扑优化模型，以优化每个单元内梯度点阵的密度值；(3)基于水平集函数以及形状插值获得每个单元内具体的梯度点阵构型，并通过映射策略将得到的梯度点阵构型填入对应的单元中，以得到所需几何形状的三维多孔结构。本发明同时提升了多孔结构的渗流性能和力学性能。

多孔结构因其具有较低的弹性模量、较高的抗压强度和丰富的细胞容纳空间，已成为骨支架设计的主要形式。为进一步提升多孔结构的性能，在传统宏观结构拓扑中，引入微结构拓扑评估宏观等效材料属性，建立宏观结构与微结构之间的联系，进一步拓展结构性能的提升空间。宏观结构的拓扑构型决定微结构在宏观结构中的分布形式；微结构的拓扑构型决定了宏观等效材料属性。等几何分析作为传统有限元分析方法的替代，能统一表达CAD模型和CAE模型，提高计算精度。引入等几何分析能在保证CAD、CAE、TO三者数学模型统一表达的同时优化点阵填充的多孔结构，使其拥有卓越的物理性能。

骨支架的拓扑设计应兼顾力学与质量传输特性，但这两点要求互相矛盾，为了获得高渗透率多孔结构，建议采用高孔隙率的支架，而随着孔隙率增加，支架的整体强度会随之降低。五模超材料是一种特殊的极端结构材料，在某些方向具有较高的抗变形能力，在其他方向具有很大的柔度。五模超材料的体积模量与剪切模量具有解耦关系。这种解耦特性可独立地调整孔隙率和力学特性，也意味着可同时实现适当机械刺激以及促进氧气、营养物质等高质量传输，可作为骨支架设计的微结构。

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.本发明所提供的方法基于等几何分析，保证优化过程中CAD模型和CAE模型统一，能够有效避免传统有限元方法中存在的几何近似误差，提高了计算精度。

2.本发明提供的多目标等几何拓扑优化模型综合考虑了结构的力学和渗流性能，实现了梯度点阵在三维设计域内的分布优化，不仅在大大减少了计算成本的基础上保证了微结构之间的连接性，也极大地扩展了多孔结构的设计空间，能综合考虑结构的力学性能和渗流性能，通过改变权重，可得到不同要求下的优化结果。

3.本发明以原型点阵为基础通过形状插值获得一系列的梯度点阵，所有梯度点阵均基于原型点阵插值获得，点阵的设计变量为大端直径，限定五模超材料点阵的小端直径不变，保证了点阵之间具有较好的连接性。

4.本发明采用五模超材料点阵单胞，五模超材料是一种特殊的极端结构材料，其体积模量与剪切模量具有解耦关系。采用该点阵填充的多孔结构可在渗流性能稳定的前提下调整其力学性能，相反，也能在其力学性能稳定的前提下，改变渗流性能。

5.本发明采用代理模型来预测任意等效密度的点阵的宏观等效渗流属性和力学属性，避免了在迭代过程

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。