几何特征演化驱动的多胞结构拓扑优化设计

本书共有八章，分别为引言、制造工艺约束、微观结构设计、宏观结构设计、宏微结构一体化设计、面向增材制造的结构跨尺度设计、结构智能设计方法和设计平台构建。全书详细介绍增材制造约束及其在结构优化设计中的参数处理方法，研究微观结构等效模型构建方法，探讨给予传统拓扑优化方法进行宏微观结构一体化设计方法，在此基础上引入制造约束，研究增材制造约束下的多功能结构设计方法，并建立通用设计平台。*后，给出所有相关的优化设计代码。

吴紫俊，男，博士，副教授、硕士研究生导师。毕业于华中科技大学机械科学与工程学院，现就职于武汉纺织大学机械工程与自动化学院。主讲增材制技术课程。主持国家自然科学基金面上项目1项、湖北省教育厅重点项目1项、横向课题4项、教研项目2项。累计发表SCI、EI等文章20余篇，国家发明专利3项（授权1项）。

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1绪论(1) 1.1多胞结构拓扑结构设计及其复杂性(1) 1.2多胞结构研究进展及其分析(3) 1.2.1结构设计方法(4) 1.2.2基于几何特征的结构设计(6) 1.2.3考虑制造的多胞结构设计(7) 1.3多胞结构优化设计的典型应用(8) 1.3.1航空航天领域的应用(9) 1.3.2医疗领域的应用(10) 1.3.3车辆设计领域的应用(11) 1.3.4其他应用(13) 1.4问题分析(15) 1.5多胞结构研究前景(16) 参考文献(17) 2几何参数驱动的单胞结构设计(29) 2.1概述(29) 2.2基本单元(33) 2.2.1杆单元(33) 2.2.2梁单元(34) 2.2.3矩形单元(37) 2.2.4六面体单元(39) 2.3单胞设计方法(41) 2.3.1均匀化方法(42) 2.3.2超单元法(44) 2.3.3自由度缩减(46) 2.4单胞结构设计(48) 2.4.1基于均匀化方法的单胞结构设计(48) 2.4.2基于子结构的单胞设计(49) 2.5本章小结(50) 参考文献(50) 3基于单胞的优化代理模型(53) 3.1结构优化代理方法概述(53) 3.2几何参数下的单胞密度映射(56) 3.3基于弥散插值方法的力学矩阵重构(57) 3.4基于分段样条插值方法的矩阵重构(59) 3.5惩罚因子(61) 3.6单胞优化代理模型(61) 3.7数值算例(63) 3.7.1单胞样本构建(63) 3.7.2基于弥散插值的代理模型精度分析(64) 3.7.3基于分段样条插值的计算精度(67) 3.8本章小结(71) 参考文献(71) 几何特征演化驱动的多胞结构拓扑优化设计目录4单胞数据驱动的结构拓扑优化方法(75) 4.1数据驱动的多胞结构设计概述(75) 4.2设计变量与单胞矩阵(78) 4.3多胞结构优化模型(80) 4.4变量更新方法(81) 4.5单胞数据驱动的结构优化方法(83) 4.6优化实例(84) 4.6.1优化代理模型计算精度(84) 4.6.2二维悬臂梁结构设计(89) 4.6.3三维简支梁结构设计(91) 4.6.4三维悬臂梁设计(93) 4.7本章小结(95) 参考文献(95) 5多胞结构的频率响应性能设计方法(99) 5.1引言(99) 5.2单胞结构力学矩阵重构(102) 5.3单胞优化模型构建(104) 5.4多胞结构频率响应设计优化模型(105) 5.5灵敏度分析(106) 5.6单胞优化代理模型构建与分析(107) 5.7优化计算实例(115) 5.7.1两端固定梁的频率设计(115) 5.7.2悬臂梁结构设计(118) 5.7.3三维支撑块结构的频率设计(121) 5.8本章小结(124) 参考文献(124) 6周期性多胞结构拓扑设计优化方法(128) 6.1周期性结构设计概述(128) 6.2子结构凝聚与反求(132) 6.3周期性多胞结构优化模型(132) 6.3.1宏观结构优化模型(133) 6.3.2周期性单胞构型设计模型(133) 6.4灵敏度分析(134) 6.5周期性多胞结构的设计方法(135) 6.6优化实例(136) 6.6.1悬臂梁结构设计(136) 6.6.2双端固支梁结构设计(139) 6.7本章小结(143) 参考文献(143) 7杆单胞驱动的多胞结构设计(147) 7.1引言(147) 7.2考虑空间位姿的杆单元重构(149) 7.3基于杆单元的单胞结构设计模型(150) 7.4基于杆单元的连接矩阵(153) 7.5杆单胞驱动的多胞结构设计(154) 7.5.1优化模型定义(154) 7.5.2灵敏度分析(156) 7.6杆单胞构建(156) 7.6.1杆单胞修正(156) 7.6.2杆单胞自支撑性构建(158) 7.7优化实例(162) 7.7.1二维悬臂梁设计(162) 7.7.2三维支架设计(166) 7.8本章小结(168) 参考文献(169) 8自定义单胞的约束阻尼结构设计(174) 8.1引言(174) 8.2约束阻尼的有限元基础知识(177) 8.3自定义单胞的优化代理模型(180) 8.4约束阻尼结构的设计(185) 8.4.1基于SIMP方法的阻尼结构设计(185) 8.4.2基于RAMP方法的阻尼结构设计(186) 8.5计算实例(187) 8.5.1优化代理模型的计算精度分析(188) 8.5.2悬臂梁设计(192) 8.5.3OC方法与MMA的对比(196) 8.5.4结构性能试验(199) 8.6本章小结(202) 参考文献(202)