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作者：刘昱彤;陆宇帆;周明东;
单位：上海交通大学机械与动力工程学院上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室;
摘要：面向空天装备抗冲击及轻量化需求，提出了一种壳体-填充结构拓扑优化方法，用于优化动态冲击载荷作用下结构耐撞性能，以更好发挥壳体-填充结构的缓冲吸能优势。基于等效静态载荷法，在碰撞仿真模型重构过程中引入密度场分类函数及灰度单元弹塑性参数插值格式，保证碰撞仿真模型与线性拓扑优化模型的弹性参数一致性，改善优化过程稳定性。通过时序加权碰撞位移场构造等效静态载荷，节省了现有方法在求解多工况下静力学方程时的计算成本。采用等效静态载荷下结构最大位移表征最大碰撞变形，以静态最大位移替换结构柔度并作为目标函数，实现最小化结构碰撞变形。此外，通过在优化模型中考虑局部体积分数约束，生成多孔填充构型，引入两场公式控制填充结构最小尺寸。数值算例表明，所提方法能够优化得到轻质抗冲击壳体-填充结构，且所提方法优化结果与最小化结构柔度优化结果及壳体-均匀填充结构相比，在相同重量下不仅碰撞变形显著降低，而且碰撞载荷传递过程更加平稳。
关键词：壳体-填充结构;;结构耐撞性;;拓扑优化;;等效静态载荷法
基金资助：国家自然科学基金资助项目(52075321);; 国家重点研发计划资助项目(2021YFB1715400);; 上海市东方英才计划资助项目
