摘要
多材料结构由于其轻量化、多功能等特点，被广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。近年来随着多材料增材制造技术的发展，多材料结构能够更加方便快捷的制造，使得多材料结构更广泛地应用于工程领域。在多材料结构中，异相材料之间的界面作为结构中的一部分，也会对结构的性能产生重要影响。本文基于双向渐进结构优化法(Bi-directional Evolutionary Structural Optimization, BESO)发展了一种考虑异相材料界面力学性能的多材料拓扑优化方法，主要研究工作介绍如下： 首先，基于BESO方法进行了多材料结构设计的研究并搭建了相应的设计平台，在多种工况和优化参数下进行设计验证设计平台的有效性和可靠性，并且基于该设计平台进一步地开展了多材料微结构构型的拓扑优化设计。 其次，基于目前已发展的多材料结构渐进式拓扑优化设计方法，首次提出一种基于BESO方法的考虑界面力学性能的多材料拓扑优化方法。在整体结构力学性能模拟的过程中加入材料界面的模拟，并推导相应的灵敏度计算公式，在不同工况下进行结构刚度最大化的设计，并通过对比相同工况下不同优化参数所得优化构型，探究优化参数对优化构型的影响。 最后，将论文中提出的考虑界面力学性能的多材料拓扑优化设计方法应用于壳体填充结构的优化设计，通过在填充区域填充不同类型和体分比的晶格，进一步比较不同填充方式下结构的力学性能，并通过3D打印后对结构进行加载试验验证结论。
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