基于生物分枝网形态力学构筑机理的结构拓扑优化方法研究

本研究与机械产品节能减耗的重要应用背景相结合，从结构拓扑优化设计的角度，采用引入仿生设计技术的研究思路，寻求高效实用的结构拓扑优化设计新方法。在产品的概念设计阶段进行结构拓扑优化设计，是实现轻量化结构的有效途径，而采用轻量化结构是机械产品节能减耗、提高产品性价比的重要手段。由于现有的结构拓扑优化设计技术存在数值计算不稳定、效率低等问题，在设计实践中的应用还相当少。本课题针对现有结构拓扑优化设计技术存在的局限，通过研究自然界生物分枝网形态的力学构筑机理，寻求合理的生物分枝网形态形成的力学规律，以及与结构拓扑优化设计准则之间的关系，建立基于这种形成规律和设计准则的结构拓扑优化设计新理论。由于自然界生物分枝网能在生长过程中自适应于外部环境，逐步使自己的形态达到功能最优，基于这种自适应性及功能最优形成规律的结构拓扑优化设计方法，可望使复杂机械结构在设计过程中智能地根据工作条件，逐步趋于最优解。