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论文类型：会议论文

发表时间：2018-11-01

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关键字：拓扑优化;水平集;增材制造;悬空角;制造约束

摘要：增材制造通过材料层层累加的方式实现结构的制备。与传统的制造工艺相比,增材制造有更大的制造自由度,允许结构具有复杂的几何构型。而拓扑优化是结构设计中的重要工具,可以获得不依赖初始设计的创新构型。因此,增材制造和拓扑优化的结合可以极大地拓宽设计空间,具有广阔的发展前景。然而增材制造中仍存在一定的限制,悬空角约束是其中为数不多的需要考虑的一种制造约束:为了避免增材制造过程中结构发生翘曲或塌陷,结构的悬空角(结构下表面与水平方向的夹角)需要大于给定的角度值(如图1所示)。本文提出了一种考虑增材制造中悬空角约束的水平集拓扑优化方法。基于水平集函数符号距离的特点,具有逐点形式的悬空角约束可以等价地表示为一种域积分约束形式。这种域积分形式的悬空角约束具有统一的数学表述形式,不依赖结构的初始构型和最小悬空角数值,并且有利于约束的计算和拓扑优化的数值实现。