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龙图腾网获悉厦门大学申请的专利一种考虑梯度界面的多材料涡轮盘拓扑优化方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119475624B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-03发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411563129.3，技术领域涉及：G06F30/17；该发明授权一种考虑梯度界面的多材料涡轮盘拓扑优化方法是由侯亮;黄晓梅;陈云;卜祥建;李源;缪聪敏设计研发完成，并于2024-11-05向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种考虑梯度界面的多材料涡轮盘拓扑优化方法在说明书摘要公布了：本发明提供了一种考虑梯度界面的多材料涡轮盘拓扑优化方法，该方法结合实际工程问题，定义涡轮盘径向截面设计域；建立应力最小化的考虑梯度界面的多材料结构拓扑优化数学模型；使用分段Heaviside投影函数得到梯度材料相的密度场投影；基于标准SIMP法和分段Heaviside函数建立多梯度材料弹性模量及应力插值模型；根据有限元计算，得出涡轮盘截面的位移矩阵；根据插值模型及位移矩阵，进一步计算单元vonMises应力及目标函数全局应力；采用伴随法求解全局应力灵敏度；计算质量灵敏度；通过移动渐近线法更新设计变量；过滤设计变量，得到多梯度材料涡轮盘设计。能够提高多材料涡轮盘的设计效率，实现了多材料界面间的多梯度材料过渡，适用于增材制造。

本发明授权一种考虑梯度界面的多材料涡轮盘拓扑优化方法在权利要求书中公布了：1.一种考虑梯度界面的多材料涡轮盘拓扑优化方法，其特征在于，包括： 获取预定义的涡轮盘径向截面设计域和设计域边界条件； 根据所述涡轮盘径向截面设计域和设计域边界条件建立应力最小化的多梯度材料结构拓扑优化数学模型； 基于所述应力最小化的多梯度材料结构拓扑优化数学模型，使用分段Heaviside投影函数对单个材料场内的梯度材料相位的分布进行描述，得到梯度材料相的密度场投影； 根据梯度材料相的密度场投影、标准SIMP法和分段Heaviside投影函数建立多梯度材料弹性模量及应力插值模型，具体为： 在梯度材料模型中，将强材料MAT1与弱材料MAT2按梯度比例均匀混合，设表示第k个材料对应的梯度比例，公式为：； 设第k个材料的密度公式为：，其中，为强材料MAT1的实际密度值，为弱材料MAT2的实际密度值； 当判断到强材料MAT1与弱材料MAT2的泊松比为13时，第k个材料对应的梯度比例的各向同性材料下界限杨氏模量模型数学表达式为： ，其中，为Hashin‑Shtrikmann模型下界限，为强材料MAT1的弹性模量，为软材料MAT2的弹性模量； 第k个材料对应的梯度比例的各向同性材料上界限杨氏模量模型数学表达式为： ，其中，为Hashin‑Shtrikmann模型上界限； 采用上下界限的平均值表示梯度材料的弹性模量，公式为： ； 基于标准SIMP法和分段Heaviside投影函数建立了多梯度材料插值模型，对于z梯度材料结构，材料属性被归一化处理并且映射到[0,1]区间中，转化成无量纲值，被归一化处理后的第i种材料的材料属性表达式为：，其中，为归一化后的材料i的密度，为归一化后的材料i的弹性模量，为材料i的真实的密度，为材料i的真实的弹性模量，为所有材料的密度的最大值，为所有材料的弹性模量的最大值，为材料总数； 将所述z梯度的材料场用梯度比例表示，不同材料相的材料属性表达式为： ，为归一化后实体材料的密度，为归一化后实体材料的弹性模量； 根据公式对材料密度场进行线性转换，公式为： ，其中，函数投影后的单元设计变量； 按照预设的标准SIMP法进行幂律惩罚，并根据公式实现特定梯度比例的弹性模量插值，弹性模量插值数学模型的公式为：，其中，p为惩罚指数； 基于有序SIMP法的应力插值模型的公式为：，其中，q为松弛系数； 进行有限元计算，得到涡轮盘截面的位移矩阵； 根据所述位移矩阵和所述多梯度材料弹性模量及应力插值模型进行计算，计算单元von Mises应力和目标函数全局应力； 采用伴随法求解目标函数全局应力的全局应力灵敏度，同时计算质量灵敏度； 通过移动渐近线法，根据全局应力灵敏度和质量灵敏度更新设计变量； 过滤更新后的设计变量，并判断目标函数值是否达到收敛条件，根据判断结果重新使用分段Heaviside投影函数对单个材料场内的梯度材料相位的分布进行描述，或进行可视化得到多梯度材料涡轮盘设计。

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