A two-phase topology optimization method for manufacturable functionally-graded lattice structures with casting process

Yi, Bing

doi:10.1016/j.apm.2026.117097

A two-phase topology optimization method for manufacturable functionally-graded lattice structures with casting process

2026-09-29

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DOI：10.1016/j.apm.2026.117097

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拓扑优化通常会产生复杂的桁架状结构，难以采用传统制造方法进行加工。为解决此问题，本文提出了一种两相拓扑优化方法，以增强功能梯度点阵结构在铸造过程中的可制造性。具体而言，提出了两相（包括空相和固相）的最小长度尺度，使其精确匹配最终产品及其模具的制造约束。此外，采用惩罚函数消除灰色元素，确保铸件产品及其模具均获得清晰、易于制造的设计方案。最后，建立了基于两相拓扑优化的传统连续结构和功能梯度点阵结构的优化模型，并通过移动渐近线法（MMA）同时优化产品和模具。通过传统SIMP方法及功能梯度点阵结构集成的数值算例，验证了所提方法在同时优化产品和铸造方面的有效性。为验证该方法，采用铝合金成功铸造了功能梯度点阵结构，证实了其工程实用性。

Keyword:

Minimal length scale

Two-phase

Functionally-graded lattice structure

Topology optimization

A two-phase topology optimization method for manufacturable functionally-graded lattice structures with casting process

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