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刘保寿;崔以南

考虑各向异性屈服强度的多材料结构拓扑优化。 （英语） Zbl 07822159号

计算。方法应用。机械。工程师。 418，A部分，文章ID 116520，28 p.（2024）.
摘要：多材料结构提供了优越的性能和更广泛的设计自由度，并因添加剂制造（AM）技术的进步而越来越受到关注。然而，到目前为止，这些AM制造零件的各向异性屈服强度对多材料结构拓扑优化的影响很少受到关注。在当前的工作中，开发了一种基于各向异性强度的多材料结构拓扑优化方法，以最大化总质量约束下的强度性能，该方法考虑了基于Tsai-Wu屈服准则的屈服强度的方向依赖性和拉压不对称性。多材料结构设计的另一个挑战是，许多候选材料的可能排列是无限的，不可能对多种候选材料的所有组合进行测试，以获得多材料结构的最佳强度性能。为了解决这一问题，我们提出了一种在优化前根据候选材料的弹性特性、屈服强度和密度来预先选择是否包含候选材料的方法。然后，我们的拓扑优化方法可以自动找到不同候选材料体积分数的最佳组合。研究了几个二维和三维数值算例，以最小化固定总质量的强度失效指标的最大值。通过与单材料设计的比较，验证了多材料结构的优点。验证了候选材料预选方法的有效性。

MSC公司：

第74页第15页 固体力学优化问题的拓扑方法

关键词：

多材料结构;拓扑优化;各向异性强度;多种材料的预选方法
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\textit{B.Liu}和\textit{Y.Cui}，计算。方法应用。机械。工程418，A部分，文章ID 116520，28页（2024；Zbl 07822159）
全文： 内政部

参考文献：

[1] 西垣，S。；弗雷克，M.I。；最小值，S。；Kikuchi，N.，使用均匀化方法对柔顺机构进行拓扑优化。国际期刊数字。方法。工程师，535-559（1998）·Zbl 0908.73051号
[2] 本德瑟，M.P。；Sigmund，O.，拓扑优化：理论、方法和应用（2003），施普林格出版社：施普林格出版社，柏林·Zbl 1059.74001号
[3] 奎林，O.M。；史蒂文，G.P。；Xie，Y.M.，使用双向算法的进化结构优化（ESO）。工程公司。，1031-1048 (1998) ·Zbl 0938.74056号
[4] 黄，X。；Xie，Y.M.，双向进化结构优化方法的收敛解和网格无关解。财务。元素。分析。设计。，14, 1039-1049 (2007)
[5] 黄，X。；Xie，Y.M.，《连续体结构的进化拓扑优化：方法和应用》（2010），John Wiley&Sons：John Willey&Sons Chichester·Zbl 1279.90001号
[6] 黄，X。；Zuo，Y.H。；Xie，Y.M.，振动连续体结构固有频率的进化拓扑优化。计算。结构。，357-364 (2010)
[7] Sethian，J.A。；Wiegmann，A.，通过水平集和浸入式接口方法进行结构边界设计。J.计算。物理。，489-528 (2000) ·Zbl 0994.74082号
[8] Wang，M.Y。；王，X。；Guo，D.，结构拓扑优化的水平集方法。计算。方法应用。机械。工程，227-246（2003）·Zbl 1083.74573号
[9] 郭，X。；Zhang，W.S。；Zhong，W.L.，显式和几何地进行拓扑优化——一种新的基于移动可变形组件的框架。J.Appl。机械。，8 (2014)
[10] 郭，X。；Zhang，W.S。；张杰。；Yuan，J.，基于移动可变形构件（MMC）和曲线骨架的显式结构拓扑优化。计算。方法应用。机械。工程，711-748（2016）·Zbl 1439.74272号
[11] 本德瑟，M.P。；Kikuchi，N.，使用均匀化方法在结构设计中生成最佳拓扑。计算。方法应用。机械。工程，197-224（1988）·Zbl 0671.73065号
[12] Hvejsel，C.F。；Lund，E.，统一拓扑和多材料优化的材料插值方案。结构。多光盘。最佳。，811-825 (2011) ·Zbl 1274.74344号
[13] 黄，X。；Xie，Y.M.，具有一种或多种材料的连续体结构的双向进化拓扑优化。计算。机械。，393-401 (2009) ·兹比尔1162.74425
[14] 徐，B。；江，J.S。；Xie，Y.M.，复合材料宏观结构和多相材料微观结构的并行设计，以实现最小动态柔度。作曲。结构。，221-233 (2015)
[15] Da，D。；崔晓云。；Long，K。；Li，G.Y.，复合结构和潜在多相材料的并行拓扑设计。计算。结构。，1-14 (2017)
[16] 徐，B。；黄，X。；周，S.W。；Xie，Y.M.，多相材料复合热弹性宏观结构和微观结构的并行拓扑设计，以获得最大刚度。作曲。结构。，84-102 (2016)
[17] Radman，A。；黄，X。；Xie，Y.M.，多相材料微观结构的拓扑设计，以实现最大刚度或导热性。计算。马特。科学。，266-273 (2014)
[18] Da，D。；崔，X。；Long，K。；蔡，Y。；Li，G.，结构和微观多相材料导热性的多尺度并行拓扑优化。工程计算。（斯旺西），1126-146（2019）
[19] Wang，M.Y。；Wang，X.，Color“水平集：多材料结构拓扑优化的多阶段方法。计算。方法应用。机械。工程，469-496（2004）·Zbl 1060.74585号
[20] 郭，X。；Zhang，W.S。；Zhong，W.，涉及多相材料的连续体结构的应力相关拓扑优化。计算。方法应用。机械。工程，632-655（2014）·Zbl 1295.74081号
[21] Wang，Y。；罗，Z。；康，Z。；Zhang，N.，一种基于多材料水平集的拓扑和形状优化方法。计算。方法应用。机械。工程，1570-1586（2015）·兹比尔1423.74769
[22] 魏，P。；Wang，M.Y.，结构拓扑优化的分段常水平集方法。国际期刊数字。方法。工程，379-402（2009）·兹比尔1183.74222
[23] 罗，Z。；Tong，L。；罗，J。；魏，P。；Wang，M.Y.，使用分段常数的多相水平集方法设计压电致动器。J.计算。物理。，2643-2659 (2009) ·Zbl 1160.78322号
[24] Zhang，W.S。；宋，J。；周，J。；Guo，X.，通过移动可变形组件（MMC）方法进行多材料拓扑优化。国际期刊数字。方法。工程，1653-1675（2018）
[25] 高，T。；Zhang，W.，多相材料结构拓扑优化的质量约束公式。国际期刊数字。方法。工程，774-796（2011）·Zbl 1242.74070号
[26] 高，T。；Xu，P。；张伟，质量约束下多材料热弹性结构的拓扑优化。计算。结构。，150-160 (2016)
[27] Gangl，P.，一种基于拓扑导数的多材料拓扑优化算法。计算。方法应用。机械。工程（2020）·Zbl 1442.74168号
[28] Yang，X.T。；Li，M.，总质量约束下的离散多材料拓扑优化。计算。辅助设计。，182-192 (2018)
[29] 沙·W。；肖，M。；高，L。；Zhang，Y.，一种新的基于水平集的多材料拓扑优化方法，使用交替有源相位算法。计算。方法应用。工程（2021）·Zbl 1506.74298号
[30] 左，W。；Saitou，K.，使用有序SIMP插值进行多材料拓扑优化。结构。多光盘。最佳。，477-491 (2017)
[31] 徐S.Z。；Liu，J.K。；周，B。；Ma，Y.S.，基于有序SIMP方法的应力约束多材料拓扑优化。计算。方法应用。机械。工程（2021）·Zbl 1506.74308号
[32] 楚，S。；肖，M。；高，L。；Li，H.，一种基于水平集的方法，用于最小化整体应力测量值的应力约束多材料拓扑优化。国际期刊数字。方法。工程，800-818（2019）
[33] 楚，S。；高，L。；肖，M。；罗，Z。；Li，H.，柔顺机构的基于应力的多材料拓扑优化。国际期刊数字。方法。工程，1021-1044（2018）
[34] Jeong，S.H。；Choi，D.H。；Yoon，G.H.，多均质材料基于应力的拓扑优化的可分离应力插值方案。有限元素。分析。设计。，16-31 (2014)
[35] 胡，J。；刘，Y。；罗，Y。；黄，H。；Liu，S.T.，考虑分段界面应力约束的多材料结构拓扑优化。计算。方法应用。机械。工程（2022）·Zbl 1507.74304号
[36] 刘，P。；石立堂。；Kang，Z.，考虑材料界面应力约束的多材料结构拓扑优化。计算。方法应用。机械。工程（2020）·Zbl 1436.74059号
[37] Chin T.W.，Kennedy G.自适应网格细化结构的多材料热弹性应力约束拓扑优化。2018年多学科分析与优化会议
[38] Han，Y.S。；徐，B。；段振英。；Huang，X.，考虑梯度界面的基于应力的多材料结构拓扑优化。计算。方法应用。机械。工程（2022）·Zbl 1507.74298号
[39] Kundu，R.D。；Li，W.C。；Zhang，X.J.，具有多个不同屈服准则的多材料应力约束拓扑优化。极限力学学报（2022）
[40] 豪泽，T。；Reisch，R.T。；Seebauer，S。；Parasar，A。；坎普斯，T。；Casati，R.，《利用原位材料分析制造低合金和高合金铝合金的多材料线弧添加剂》。J.制造工艺。，378-390 (2021)
[41] Garcia-Collado，A。；布兰科，J.M。；古普塔、穆尼什·库马尔；Dorado-Vicente，R.，《基于聚合物的多材料添加剂制造技术进展：性能和应用的最新综述》。艾迪特。制造（2022）
[42] 拉比，M.F。；Chalivendra，V.，多材料添加制造聚合物复合材料的界面断裂表征。作曲。C部分：开放存取（2021年）
[43] Pajonk，A。；Prieto，A。；布鲁姆，美国。；美国Knaack，《建筑和施工中的多材料增材制造：综述》。J.构建。工程（2022）
[44] 邱，L。；罗尔夫，B。；吴，X。；Yan，W.，刚度各向异性对附加制造结构拓扑优化的影响。工程结构。，842-848 (2018)
[45] Ranaivomiarana，N。；伊里萨里，F.X。；Bettebghor，D。；Desmorat，B.，《二维结构材料空间分布和材料各向异性重划分的并行优化》。连续体力学。热电偶。，133-146 (2019)
[46] 雷加佐尼，F。；北卡罗来纳州帕罗里尼。；Verani，M.，多各向异性材料的拓扑优化，以及自组装二嵌段共聚物的应用。计算。方法应用。机械。工程，562-596（2018）·Zbl 1440.74309号
[47] J.C.里迪克。；Haile，医学硕士。；瓦尔德，R.V。；科尔，D.P。；O.巴米杜罗。；Johnson，T.，通过熔融沉积模型制造的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯拉伸破坏的断口分析。艾迪特。制造，49-59（2016）
[48] 周，Y。；野村，T。；Saitou，K.，具有构建定向设计和应力约束接口的增材制造各向异性多成分拓扑优化
[49] Alm Grundstrom，H.A.，《考虑应力和强度约束各向异性的增材制造拓扑优化》（2017），林雪平大学：林雪平学院
[50] Mirzendehdel，A.M。；Bankouhi，B。；Suresh，K.，基于强度的各向异性零件拓扑优化。艾迪特。制造，104-113（2018）
[51] 邹，J。；Xia，X.Y.，考虑各向异性的强度约束加性制造拓扑优化。J.计算机。设计。工程，892-904（2023）
[52] 黄，X。；Li，W.，一种新的多材料拓扑优化算法和候选材料的选择。计算。方法应用。机械。工程（2021）·Zbl 1507.74302号
[53] 阿兹，V.D。；Tsai，S.W.，复合材料的各向异性强度。实验机械。，9, 283-288 (1965)
[54] Hoffman，O.，《正交异性材料的脆性强度》。J.堆肥。材料。，2, 200-206 (1967)
[55] 蔡，S.W。；Wu，E.M.，各向异性材料强度的一般理论。J.组成。材料。，1, 58-80 (1971)
[56] Duysinx，P。；Sigmund，O.，最佳材料分布中处理最佳应力约束的新发展。程序。Soc.Exp.生物。医学，3701-706（1998）
[57] 刘，B。；黄，X。；Cui，Y.，具有显梯度界面的多材料结构的拓扑优化。计算。方法应用。机械。工程（2022）·Zbl 1507.74319号
[58] 裴C.，袁宏，李斌，马S.（2022）。添加剂制造镍基高温合金的各向异性损伤演化和建模。工程分形。机械。
[59] 刘，H。；方，M。；韩，Y。；黄，G。；孙，Z。；张，L。；Lu，W.，通过原位合成细晶粒网络结构在额外制备的TiB/Ti6Al4V中实现强度-塑性组合和各向异性消除。作曲。B部分（2023年）
[60] Zhang，Y。；陈，Z。；Qu，S。；冯，A。；米·G。；沈杰。；黄，X。；Chen，D.，添加制造的Ti-6Al-4V合金的多个α亚变体和各向异性力学性能。J.马特。科学。技术。，113-124 (2021)
[61] 罗德里格斯，O.L。；Allison，P.G。；W.R.Whittington。；H.E.卡迪里。；O.G.里维拉。；Barkey，M.E.，应变速率对Ti6Al4V电子束添加剂的拉伸和压缩应力状态不对称性的影响。马特。科学。工程师A，125-133（2018）
[62] Sun，L。；江，F。；黄，R。；袁，D。；郭，C。；王杰，用线材和电弧添加剂制造的低碳高强钢构件的各向异性力学性能和变形行为。材料。科学。工程A（2020）
[63] 蒋伟（Jiang，W.）。；郭，X。；Deng，Y.，通过原位EBSD拉伸试验，添加制造的Al-Mn-Sc合金的机械行为中的各向异性响应。马特。科学。工程A（2022年）
[64] Chen，W。；高，H。；Zhu，L.，线弧增材制造还原活化铁素体/马氏体钢的非均匀微观结构和各向异性力学性能。马特。能源（2022年）
[65] 徐，Z。；李·G。；周，Y。；郭，C。；黄，Y。；胡，X。；李，X。；Zhu，Q.，镍基高温合金的拉压不对称性：重点综述。J.合金成分。(2023)
[66] Dong，C。；Yu，J。；徐，L。；夏，Z。；Zhang，Q.，双层Ni/Ni3al的拉压不对称性受位错形成分解和孪晶尺寸的影响。马特。快递，165-176（2020）
[67] 北津野。；Shimabayashi，S。；Kakehi，K。；Rae，C.M.F。；Reed，R.C.，镍基高温合金屈服和蠕变强度的拉伸/压缩不对称性。超合金（2008）
[68] 西格蒙德，O。；Petersson，J.，《拓扑优化中的数值不稳定性：处理棋盘格、网格相关性和局部极小值的程序的调查》。结构。最佳。，1, 68-75 (1998)
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