电磁材料细结构设计的拓扑优化方法及其在雷达吸收体研制中的应用

在课题组多年开展的弹性或热弹性复合材料微结构拓扑优化设计的水平集方法研究的基础上，结合基于麦克斯韦方程组的材料电磁特性均匀化理论，探索具有周期细结构和特殊电磁性能的复合材料设计的拓扑优化方法，并应用在3-40GHz雷达电磁波吸收材料的细结构设计研究中。由于其细结构尺度控制在毫米或亚毫米量级即可，将结合模具技术或快速原型制造工艺研制这种规定性能的吸收材料样件，并通过细结构参数的连续变化研制功能梯度的吸收体，达到减少反射，拓宽吸收频带宽度的目的，对航海、航空航天和国防等众多领域的发展具有重大意义。该设计方法将采用一组标量函数的水平集描述细结构中复杂的材料界面，并由一个哈密顿雅克比方程控制水平集的融合、分裂和连续运动获得最优拓扑设计，而水平集演化速度将由均匀化材料参数的敏度分析确定，同时黎曼侧度下的平均曲率流技术能克服材料设计易陷入过细结构的局部最优解，确保所设计的细结构材料界面清晰，便于制造。