基于拓扑优化的变密度蜂窝结构参数化设计及冲击性能研究

摘要

针对现有梯度蜂窝结构的经验式、非连续变梯度等设计方法,无法充分发挥梯度设计对蜂窝结构冲击性能提升效果的问题。基于变密度拓扑优化方法,提出了一种参数化设计的拓扑优化密度映射蜂窝结构,通过改变映射系数、相对密度构建了相应的拓扑优化密度映射蜂窝结构模型。研究了不同冲击速度下,映射系数、相对密度对其面内变形模式、力学响应和能量吸收性能的影响。结果表明,映射系数、相对密度对不同冲击速度下的拓扑优化密度映射蜂窝的面内变形模式具有显著影响,增大映射系数有益于提高其平台应力和比吸能,与相同质量、尺寸的标准蜂窝冲击性能对比结果显示:拓扑优化密度映射蜂窝的峰值应力降低了16.9%、比吸能提高了29.1%。研究表明,将变密度拓扑优化方法引入至梯度蜂窝结构的设计可有效提高其冲击性能。