2D连续体拓扑优化 topology optimization code

资 源 简 介

2D连续体拓扑优化 topology optimization code

详 情 说 明

2D连续体拓扑优化是一种通过优化材料分布来获得最佳结构性能的数值方法。其核心思想是在给定的设计空间内，通过有限元分析计算结构响应，并利用优化算法迭代调整材料分布，最终得到满足约束条件的最优拓扑结构。

在该方法中，用户只需输入几个关键参数即可启动优化过程。网格数nelx和nely分别表示设计域在x和y方向上的离散单元数量，这两个参数直接影响计算精度和规模。体积约束volfrac限制了优化后结构允许使用的最大材料比例，通常取值在0.2到0.5之间。惩罚函数penal用于推动中间密度值向0或1收敛，常用值在3.0左右。过滤半径rmin则用于控制最小特征尺寸，避免出现棋盘格等数值不稳定现象。

优化过程通常基于变密度法，采用灵敏度分析和优化准则法进行迭代更新。每次迭代都会计算单元敏度，并通过过滤技术处理以获得平滑的材料分布。经过多次迭代后，材料密度趋于0或1，最终形成清晰的拓扑结构。这种方法广泛应用于机械、航空航天等领域，能够显著减轻结构重量同时保证力学性能。