均匀材料微结构下的热弹性结构与材料并发优化设计策略

本文主要探讨的是"基于均匀材料微结构模型的热弹性结构与材料并发优化"这一课题，针对的是宏观均匀多孔材料构成的结构设计问题。在这种情况下，研究者关注的目标是设计出在受到外部力和温度载荷作用下的结构，同时在材料体积有限制的前提下，通过优化结构的拓扑和多孔材料的微观结构，以实现最小化结构柔度。这种方法论的核心在于提出了一种宏观结构与微观单胞构型的并发优化设计策略。 在这个方法中，设计者引入了宏观密度和微观密度作为两种关键的设计变量。在微观层次上，采用了带惩罚的实心各向同性材料法（SIMP，Solid Isotropic Material with Penalty），这是一种常用的方法，它通过逐渐减小单元的连续性来处理材料分布的问题。在宏观层次，设计者则应用了带惩罚的多孔各向异性材料法（PAMP，Porous Anisotropic Material with Penalty），这种方法能够更好地模拟多孔材料的特性，考虑到其方向性和异质性。 为了连接这两个层次，文中引入了均匀化方法，使得优化过程能够自动决定实体材料在结构和材料层面上的分配，从而实现设计的优化。通过提供数值算例，作者验证了所提出的优化方法及其计算模型的有效性，并深入讨论了温度变化、材料体积以及计算参数如何影响优化结果。研究发现，当同时考虑热和机械载荷时，利用多孔材料能有效降低结构的柔韧性，这在实际工程设计中具有重要的应用价值。 关键词包括：拓扑优化、热弹性、并发优化、多孔各向异性材料以及均匀化，这些词汇揭示了论文的核心研究内容和焦点。本文的研究不仅对于理论研究者，也对工程实践者来说，提供了在资源有限和环境载荷多重影响下，如何通过优化设计提高结构性能的重要参考。中图分类号O39和文献标识码A，进一步明确了该研究属于自然科学领域，且遵循学术规范。