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龙图腾网获悉武汉科技大学申请的专利一种几何-材料非对称的夹层结构多尺度拓扑优化设计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：CN117854639B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-28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：202311732916.1，技术领域涉及：G16C60/00；该发明授权一种几何-材料非对称的夹层结构多尺度拓扑优化设计方法是由张严;邹治淼;张磊;丁喆;段伟设计研发完成，并于2023-12-14向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种几何-材料非对称的夹层结构多尺度拓扑优化设计方法在说明书摘要公布了：本发明涉及一种几何‑材料非对称的夹层结构多尺度拓扑优化设计方法，采用变厚度拓扑优化方法实现夹层结构面板的厚度优化与材料优选，采用参数化水平集拓扑优化方法实现多材料夹芯微结构优化设计，优化后的多材料夹芯微结构具有光滑的结构边界，且各材料相之间的界面清晰；采用交替活动相算法减少了上、下面板优化和夹芯微结构优化的设计变量和约束条件，有效提高了计算效率。本发明实现了几何‑材料非对称夹层结构上下面板厚度与材料以及多材料夹芯微结构的联合优化，不仅可以获得面板的最优厚度和面板材料的最优选择，还可以获得多材料夹芯微结构的最优拓扑构型，充分地发挥了材料潜能，能有效提升夹层结构的力学性能、减轻结构重量。

本发明授权一种几何-材料非对称的夹层结构多尺度拓扑优化设计方法在权利要求书中公布了：1.一种几何-材料非对称的夹层结构多尺度拓扑优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、待优化的夹层结构包含实心的面板和多孔夹芯微结构周期性重复排列而成的芯层，先将待优化的夹层结构离散成若干厚度相等的切片层，设定各切片层中每种材料的相对密度的初始值，的取值在0,1之间，m为夹层的序号，n为材料类型的序号，n＝1,2,…,N,m＝1,2,…,M,N是夹层结构优化所用材料类型总数，M是夹层结构被离散后的切片层总数； 步骤2、根据变厚度法优化模型得到所述夹层结构各切片层中每种材料相对密度，各切片层的相对密度计算结果有两种情况：1、某种材料相对密度为1，其他材料的相对密度均为0；2、所有材料的相对密度均大于等于0且小于1； 所述步骤2中，变厚度法优化方法的具体计算模型为： S.t.:Gρ1＝Vρ1-f1V0≤0 … Gρn＝Vρn-fnV0≤0 其中，表示夹层结构第m切片层中包含的第n相材料的相对密度值，一个切片层内的所有有限单元的相对密度值均保持一致,C是目标函数，表示夹层结构的结构柔度值，Ω表示该夹层结构所包含的总的设计域，εij和εkl表示应变场，i，j，k，l＝1，2，…，d，d是空间维度，是夹层结构第m层内的有限单元的弹性张量，由第m层内所有材料的弹性张量矩阵进行插值计算，G为夹层结构中各种材料的体积率约束，fn是给定的第n相材料的体积率，Vmax表示该夹层结构可允许的最大体积率，u是宏观位移场，v是属于可允许位移空间的宏观虚位移场，f是作用在夹层结构设计域Ω上的体积力，τ是作用在边界Γ上的牵引力，ρmax和ρmin分别为预设的设计变量取值的上下边界，若求得的为下限值ρmin，则认定为0； 将第1种情况的切片层作为实心面层，且直接选用相对密度为1的材料作为对应实心面层的材料，将第2种情况的切片层作为芯层，得到实心面层和芯层的排列方式，将所有芯层中每种材料的相对密度加和求平均值得到每种材料的相对密度值n为材料类型的序号； 步骤3、取所述芯层为待优化对象，根据芯层的厚度尺寸将所述芯层离散成若干个周期性微结构夹芯单胞，将芯层中每种材料的相对密度值作为周期性微结构夹芯单胞拓扑构型优化的体积率约束，采用基于径向基函数插值的参数化水平集拓扑优化方法对所述微结构夹芯单胞进行拓扑优化，得到微结构夹芯单胞设计域内每种材料的最优分布，所述微结构夹芯单胞设计域内每种材料最优分布的组合即为微结构夹芯单胞的最优拓扑构型； 在步骤3中，基于径向基函数插值的参数化水平集拓扑优化方法的计算模型为： … 其中，N是夹芯微结构单胞内的材料相总数，L是夹芯微结构单胞内水平集网格上控制点的数量，是微观尺度下的设计变量，表示夹芯微结构单胞内材料相n在微观水平集网格所属第l个节点处构建的径向基函数的扩展系数，α表示夹芯微结构单胞设计变量的矢量；CMI是目标函数，表示微结构夹芯单胞周期性排列而成的芯层整体柔度，u是宏观位移场，εij和εkl表示与宏观位移场对应的宏观应变场，是多材料微结构夹芯单胞的宏观等效弹性张量，i,j,k,l＝1,2,…,d，d表示设计问题的空间维度；Ωs表示夹层结构的中间芯层所包含的结构域，|Ωs|表示中间芯层所包含结构域的体积，表示微结构夹芯单胞材料相n的体积约束，是在步骤2中确定的材料相n的相对密度值，是Heaviside函数，用于表征结构形式的特征函数；是材料相n对应的水平集函数，在基于径向基函数插值的参数化水平集拓扑优化方法中满足φx是夹芯微结构单胞的径向基函数向量，αnt是夹芯微结构单胞设计变量的向量；v表示属于运动学可允许位移空间的宏观虚位移场，f为宏观夹层结构设计域Ω的体积力，τ是作用在边界Γ上的牵引力；是经过正则化后的设计变量，以便于后续数值实施，和分别是预设的设计变量的上下界； 步骤4、将上一步的得到的微结构夹芯单胞最优拓扑构型在夹层结构的中间芯层内进行周期性重复排列，以获得优化后的中间芯层完整结构，按照步骤1得到的实心面层和芯层的排列方式进行排列，按照预设要求确定实心面层材料，即可得到优化后的完整夹层结构。

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