弹塑性材料的结构拓扑优化

摘要

将渐近结构优化法(ESO法)从弹性材料拓展到弹塑性材料的结构拓扑优化,建立了考虑应力约束和材料弹塑性变形的结构拓扑优化模型。采用Ansys软件的APDL功能编程实现了相应的优化设计,给出了弹性优化和弹塑性优化的对比算例。基于算例结果对比分析表明:在相同设计域和载荷条件下,弹塑性材料的结构拓扑优化构型与线弹性材料的明显不同;无论是弹性还是弹塑性结构拓扑优化,材料用量W都随优化结构的应力约束系数β增大而减少,且在W-β曲线上存在一个对应于结构弹性极限状态的转折点,在该点临近,右侧曲线变化率(取绝对值)比左侧的大很多,充分显示了进行考虑材料弹塑性性质的结构拓扑优化对于节约材料非常有意义。