本技术涉及一种逆向设计系统和方法,专注于基于材料强度的周期性层级结构设计。系统包括数据输入模块,用于接收设计参数;数据处理模块,用于分析输入参数并进行设计优化。
背景技术
自然界中大量性能优异的结构,如动物的骨骼、植物的根茎,在不同的尺度上往往体现出不同的结构特征,因此在不同长度尺度上对结构构型进行设计来获得性能优异的结构被认为是下一代轻量化结构发展的方向之一。分区周期性层级结构的逆向设计方法常常基于拓扑优化理论,以所需的材料体积、材料质量等作为输入量,借助于优化算法、有限元分析等数值方法,以宏观构型、微结构构型及分布作为优化对象,迭代求解设计得到分区周期性层级结构。
现有的分区周期性层级设计模型集中在体积约束下的最大刚度设计,这种方法所得结构的局部应力可能超出材料强度,影响结构的安全性和耐久性。现有的考虑材料强度的分区周期性层级结构逆向设计方法往往先提前通过聚类分析等方法指定微结构的初始分布,然后再执行宏微观结构构型的协同设计,在优化设计过程中,随着宏观构型的变化,微结构的最优分布必然随之变化,事先指定微结构分布的方式限制了设计空间。
总之,现有的考虑材料强度的分区周期性层级结构逆向设计方法无法实现强度约束下分区多层级宏微观结构及微结构分布的协同优化设计。
实现思路