非均质材料零件几何和材料的并行设计研究

摘要

为了解决非均质材料零件设计中几何特征和材料特征的耦合问题,提出了一种基于可行方向法和遗传算法的几何和材料的并行设计方法.通过设定关键点来表示不断变化的零件几何特征,引入虚拟节点以描述其材料特征,构建非均质材料零件几何和材料并行设计的优化模型.在优化设计过程中,关键点的坐标增量采用可行方向法求解,虚拟节点的材料体积分数增量通过遗传算法获得,两种优化算法交替迭代,便得到了零件几何形状和材料分布的组合最优解.采用该方法设计了一个非均质材料的等温器具,通过有限元技术对其温度场和应力场进行模拟和分析,并利用ANSYS软件对设计结果进行验证,从而说明了该方法的有效性和实用性.