移动可变形组件法框架下基于SiPESC平台的异形曲面壳体结构拓扑优化

很多高性能复杂装备以及大型建筑物的外部结构或关键构件均为异形曲面上的薄壳结构（如飞行器的筒壳机身、潜航器的尖/钝锥舱头、汽车车身、建筑结构的双曲抛物面壳顶等）。采用传统方法基于三维实体单元对上述结构进行拓扑优化设计存在设计变量数目大，分析结果精度不足等问题。更重要的是由于三维实体单元难以精确表示壳体曲面几何，会导致异形曲面上的拓扑优化结果很难与CAD系统直接连接。因此，为解决复杂异形曲面上薄壳结构拓扑优化这一具有广泛工程应用背景的重要问题，仍需发展更有效的方法。

最近，大连理工大学郭旭教授团队基于前期所提出的显式拓扑优化新框架，在大连理工大学具有自主知识产权的SiPESC大型有限元分析平台上利用Python脚本语言，结合该平台结构有限元开放接口的集成化二次开发技术，实现了基于可动变形组件（MMC）的异形曲面壳体显式拓扑优化。由于在MMC方法中异形曲面、组件基元均可用非均匀有理B样条显式描述，保证了优化结果可直接导入CAD系统而无需任何后处理。该工作充分发挥了SiPESC平台的强大分析能力与全级别开放性，实现了MMC算法与平台功能的完美集成，构建了具有完全自主版权的新型高效拓扑优化计算模块。该项技术具有很强的工程实用性，在航空航天、交通运载等领域重大装备结构优化设计中有良好应用前景。