用于振动模态可操纵性的克拉尼图形拓扑优化设计

经典克拉尼图形(Chladni patterns,CP)是特征向量的视觉表示,在振动分析、乐器设计、粒子操纵和分离等领域中具有广泛的应用.均质结构通常会表现出高度规则化的CP,这限制它们的应用场景.因此,实现面向应用来逆向设计结构的CP是非常重要的,而这可以通过使用拓扑优化来实现CP的逆向设计.本研究提出了一种使用基于密度的拓扑优化算法来设计结构CP的方法.优化列式中,给出了描述图形的指标函数,并以最小化特征向量和目标CP之间的误差构建了优化目标.数值结果表明,所提出的方法可以为指定的单阶或多阶CP生成新颖的材料分布.这表明了本文所提出的方法能够实现CP的精确定制设计,进一步为面向应用的需求提供了更多选择.