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本发明提供了一种多构型点阵 结构的拓扑优化方法，其目的在于，通过基于水平集函数构建不同构型的 点阵单胞，针对每一种构型的基础点阵单胞获得相同等效密度区间中的一 系列点阵单胞及其对应的等效弹性张量，建立多构型点阵结构每个有限单 元对应的弹性张量关于单元相对密度的插值函数以构建多构型点阵结构的 拓扑优化模型，采用交替活动相算法将拓扑优化问题划分为多个子问题并 进行求解，实现拓扑优化过程，由此解决现有微结构单胞的拓扑构型及其 数量受到限制导致点阵结构设计空间受限的技术问题。

本发明公开了一种多构型点阵结构的拓扑优化方法，属于拓扑结构优化技术领域，所述方法包括：基于水平集函数描述多种构型点阵的单胞，并在相同等效密度区间中获取各个所述构型基础点阵单胞对应的一系列点阵单胞，并计算其等效弹性张量；建立多构型点阵结构每个有限单元对应的弹性张量关于单元相对密度的插值函数，利用所述插值函数构建多构型点阵结构的拓扑优化模型；采用交替活动相算法将所述拓扑优化问题分解为多个子问题并对其求解，从而对点阵结构的宏观布局进行优化，得到目标多构型点阵结构。本发明实现了多种拓扑构型不同的点阵单胞在宏观设计域中的非均匀分布，充分发挥了材料潜力，提升了点阵结构的力学性能。

点阵结构具有高的比刚度/强度、减振吸能、隔热防热、抗冲击能力强 等特性。此外，点阵结构的微结构以杆件为主，可设计性强，承载性能优 越，因此广泛应用于航空航天、生物医学、自动化建筑工程等领域。在点 阵结构设计中考虑多种不同构型的点阵单胞，可以更大程度地发挥点阵结 构的设计潜能，使得点阵结构在给定的载荷条件下实现更好的力学性能。

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)本发明提供了一种多构型点阵结构的拓扑优化方法，通过基于水 平集函数构建不同构型的点阵单胞，针对每一种构型的基础点阵单胞获得 相同等效密度区间中的其他一系列点阵单胞及其对应的等效弹性张量，建 立多构型点阵结构每个有限单元对应的弹性张量关于单元相对密度的插值 函数以构建多构型点阵结构的拓扑优化模型，采用交替活动相算法将拓扑 优化问题划分为多个子问题并进行求解，实现拓扑优化过程，由此解决现 有微结构单胞的拓扑构型及其数量受到限制导致点阵结构设计空间受限的 技术问题。本发明实现了多种拓扑构型不同的点阵单胞在宏观设计域中的 非均匀分布，充分发挥了材料潜力，提升了点阵结构的力学性能。

(2)本发明由于基于多相材料的插值模型进行拓扑优化设计，可以实 现多种拓扑构型差异较大的点阵结构在宏观设计域中的合理分布。

(3)本发明由于采用交替活动相算法进行求解，在子问题中涉及的设 计变量和体积约束更少，可以有效地降低拓扑优化计算成本。

(4)本发明在预定义点阵单胞时已充分考虑了单胞之间的连接性，通 过预设连接点进行微结构之间的连接，保证了点阵微结构单胞之间良好的 连接性。

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。