半序微結構多孔模型雙尺度設計最佳化

《半序微結構多孔模型雙尺度設計最佳化》是依託浙江大學，由李明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：半序微結構多孔模型雙尺度設計最佳化
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：李明
• 項目類別：面上項目

項目摘要

多孔模型千變萬化的內部微結構為模型提供了廣泛的設計空間。可利用前沿信息技術，在模型製備前進行產品設計最佳化，提升產品性能，縮短產品成型周期。然而，傳統有序微結構模型採用方向尺寸完全相同的各向同性微結構單元，忽略了微結構的尺寸和方向分布對模型巨觀性能的決定性作用，設計潛力遠未充分發揮，亦難以實現複雜表面光滑模型設計；無序微結構模型則自由度過大，難以實現有效控制。為此，項目致力於多孔模型微觀-巨觀雙尺度設計最佳化的研究，從幾何計算、工程仿真和計算材料等多學科融合角度出發，通過構建新型的半序微結構多孔模型（受一定尺寸及方向分布控制的各向異性微結構多孔模型），突破雙尺度幾何建模、物理性能雙尺度約化仿真計算、雙尺度設計最佳化等關鍵技術，實現模型微結構拓撲、單元整體分布和巨觀拓撲的一體化設計最佳化。項目的開展不僅對多孔模型的最佳化設計具有重要意義，也將為超輕多孔材料、計算機輔助設計、三維列印等領域提供技術支撐。

結題摘要

多孔模型具有質量輕、功能符合的優良特性，能吸收降低噪音、禁止電磁輻射、吸收衝擊能量，在汽車、航空、航天、軍工工業、醫療等領域具有廣泛的潛在套用價值和戰略意義。 項目以創新的半序多孔模型為研究對象，圍繞其建模、仿真、最佳化等內容有序展開，在基礎理論、計算方法、系統實現、實際套用等四大方面進行系統深入的研究，獲得關鍵性技術突破。在理論上推導了創新的錐拓撲最佳化理論，提升了最佳化設計的全局收斂性，以及最終結構的性能；同時，充分挖掘核心的微結構設計空間維度（含材料、方向性、分布和幾何外形控制等），拓展了巨觀結構設計潛力，獲得了優於經典算法的結果。在仿真效率上，實現了基於模型約化的雙尺度加速技巧，仿真-最佳化全GPU並行計算框架，提高仿真效率至少2個數量級。在實際套用的核心算法支撐上，實現了相互連線的各向異性多孔結構最佳化設計、紋理引導的拓撲最佳化、滿足指定運動軌跡的形變體設計、自支撐多尺度最佳化等相關研究工作。 在項目執行期間，共發表或投出具有重要影響力的國際論文共16篇，同時在ACM SPM, ASME DETC/CIE，CAD&A等重要國際會議進行論文宣講，形成鮮明的研究特色，產生一定的影響。培養相關方向博士生7名，碩士生7名。同時後續研究獲得國家自然科學基金面上項目一項，國家重點研發項目一項。項目研究成果被浙江大學轉化醫學院、杭州先臨等單位或企業高度認可，目前已展開生物器官、軍民用頭盔方面的產業套用研究。