机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (15): 542-554.doi: 10.3901/JME.260548
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蒋国璋1,2, 吴志强1, 张严1,2, 苑森1, 谢寒冰1
JIANG Guozhang1,2, WU Zhiqiang1, ZHANG Yan1,2, YUAN Sen1, XIE Hanbing1
摘要: 点阵结构因其高孔隙率、高比刚度/比强度以及减振吸能效率高等优异特性,被广泛应用于航空航天等重点领域的关键承载部件设计。然而,传统由多杆件构成的桁架点阵结构囿于单一参数描述,严重限制了点阵结构设计的寻优空间,难以满足关键承载部件极致轻量化设计的严苛需求。为此,通过快速重启策略改进近似模型辅助的粒子群优化算法(Fast restarting efficient surrogate-assisted particle swarm optimization,FRESPSO),提出了一种高效的多参数点阵结构智能设计方法。首先,基于水平集函数构建点阵结构几何的多参数描述模型,实现点阵结构的多参数独立描述,并采用能量均匀化方法计算点阵结构单胞的宏观等效属性;然后,以点阵结构的几何描述参数为设计变量,给定的材料用量为约束条件,点阵结构的整体柔度最小化为优化目标,建立点阵结构优化的数学模型。针对传统智能算法求解上述优化模型易陷入局部收敛的问题,设计了一种基于快速重启策略的改进ESPSO算法,通过定期刷新ESPSO算法的优化过程,以确保算法更详尽地探索设计空间以获得全局最优解。算例结果表明,相比ESPSO算法,在相同性能函数评估次数下,FRESPSO算法优化后的点阵结构柔度进一步降低了6.56%~13.50%;相比传统单参数点阵结构,优化后的多参数点阵结构柔度降低了12.39%~39.87%,具有更优异的承载能力。所提方法拓展了点阵结构设计空间,提高了点阵结构设计灵活性,在航空航天等重点领域装备结构的轻量化设计方面具有重要应用前景。
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