近年来，周期结构的拓扑优化已成为生成高效设计的有效方法，以满足各种实际考虑，包括可制造性、可移植性、可替代性和易组装性。传统的周期结构优化通常将设计限制为统一的只使用一种单元格的装配配置。本研究提出了一种新的基于聚类的周期性结构优化方法，它允许单个单元细胞的可变方向。引入动态k-means聚类策略，将所有单元格划分为不同的组，并从优化设计中逐步消除效率较低的单元格。同时，介绍了一种在优化过程中识别和选择更有效的单元格方向的新技术。通过几个数值例子，证明了该方法的有效性。结果表明，具有集群定向单元格的周期结构可以明显优于传统的周期结构。本研究不仅将装配灵活性纳入周期性拓扑优化中，而且在设计中利用了多种类型的单元格，从而进一步提高了其结构性能。
在本文中，我们开发了一种基于聚类的周期结构优化方法。它具有在优化过程中为单元格选择更有效的方向的定向策略。我们提出了一种动态k-means聚类策略来消除效率较低的单元单元，并将多种单元单元类型纳入优化设计。在法规遵从性最小化问题的背景下，通过几个数值例子证明了该方法的有效性。其中一个例子显示了所提出的方法如何可以很容易地扩展到三维问题，并对方向策略进行轻微的调整。我们可以得出以下结论：所提出的定向策略已被证明是有效的寻找更好的定向配置，并在可接受的增加计算成本。这在通过蛮力计算找到最优的单元格方向时，对于具有大量单元格的结构变得不切实际时特别有用。•随着更多类型的单元格的加入，优化设计的结构性能有所提高。然而，在实际应用中，必须考虑到制造成本和性能改进之间的平衡。建议使用“肘部法”来确定优化设计的最佳簇数。该方法对工程师和建筑师通过改变优化算法中的参数来获得不同的和竞争性的设计具有巨大的潜力。例如，更改体积阈值可以控制每个单元格的最小材料使用量。此外，应用不同的宏观滤波器半径可以产生各种几何上不同的设计，具有竞争性的结构性能。![]()
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