ICM应力全局化方法克服连续体拓扑优化的载荷病态

在连续体结构拓扑优化中，由于载荷通常非常复杂，存在一种类似于结构分析中“总刚病态”的“载荷病态”现象。引起载荷病态的原因是由于大多数拓扑优化算法没有考虑大载荷、小载荷间的不同影响，使得小载荷的传力路径在优化过程中消失。该文对载荷病态问题进行了剖析，并将其分为三种情况：1)多工况间有载荷病态，但工况内无载荷病态；2)仅在工况内有载荷病态；3)多工况间有载荷病态，同时某工况内也有载荷病态。为解决载荷病态问题，该文提出了应变能策略，利用应力全局化的ICM方法，逐一采用不同的补充方法解决了上述三种载荷病态问题。对多工况下应力约束的连续体结构拓扑优化问题，应力全局化意指基于第四强度理论将局部性应力约束转化为全局性的应变能约束。数值算例表明：全局性的应变能约束代替局部性应力约束可以更好地得到传力路径，并能更方便地处理各种复杂载荷病态问题。