三维连续体结构仿生拓扑优化新方法

Wolff法则是指骨骼通过重建/生长，保证骨小梁方向趋于与主应力方向一致以不断地适应它的力学环境。根据Wolff法则，建立了一种新的拓扑优化的准则法。该方法的基本思想是：(1)将待优化的结构看作是一块遵从Wolff法则生长的骨骼，骨骼的重建过程作为三维连续体结构寻找最优拓扑的过程；(2)用构造张量描述正交各向异性材料的弹性本构；(3)重建规律为结构中材料的更新规律。通过引入参考应变区间，材料更新规律可解释为：设计域内一点处主应变的绝对值不在该区间时，该点处构造张量出现变化；否则，构造张量不变化，该点处于生长平衡状态。(4)当设计域内所有点都处于生长平衡状态时，结构拓扑优化结束。采用各向同性本构模型，即令二阶构造张量与二阶单位张量成比例，分析三维结构拓扑优化。实例进一步验证基于Wolf法则的连续体结构优化方法的正确性和可行性。