基于工程限值约束的结构拓扑优化设计分析

基于固体各向同性材料惩罚密度插值模型，建立近似支撑框架模型，以最大刚度为优化目标，以优化体积比及工程限值为约束条件，对支撑框架结构进行了优化。工程限值约束包括最大、最小尺寸约束，对称性约束以及顶点位移约束等。研究结果表明：当支撑框架中斜撑的斜交角度为39°~59°时，框架具有较好的抗侧刚度；当优化体积比为0.3时，优化后结构顶点位移较原设计域增加19%。引入工程限值约束条件能使拓扑优化后的结果有效应用于实际工程，优化后结构具有框架形态，无不易建造的细微结构，减少了低效材料分布，从而降低造价。