基于映射的梯度点阵结构设计方法

点阵结构因具有高比强度、高比刚度的性能优势而在航空、航天等领域具有广阔的应用前景。梯度点阵结构相比于传统的均匀点阵结构具有更优的力学性能,因此,提出了一种基于密度与应力映射的梯度点阵结构设计方法。该方法对结构进行拓扑优化以获取结构的单元相对密度与应力分布信息,并建立单元相对密度、应力与胞元支柱截面尺寸之间的映射函数关系以确定其尺寸。采用反距离加权法对单元相对密度与应力进行过滤,将材料分布在结构的主要传力路径上,并提出了在结构质量不变条件下的胞元支柱尺寸控制方法。所提方法建立不同体积与胞元密度的点阵结构只需进行一次拓扑优化设计,并且该方法可应用于较复杂结构的点阵化设计,提升了点阵结构设计的效率。所提方法已通过数值算例验证了其可行性与有效性,可推广到相关结构的轻量化设计中。