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基于替代辅助进化算法的新型多段线夹芯结构显式拓扑优化。 (英语) Zbl 1506.74269号

摘要:受叶片脉序图案的启发,本文开发了一种新型的基于多段线的夹芯结构(PCSS)。在显式拓扑优化框架下,提出了一种基于代理辅助进化算法的新方法。具体地说,定义了一个多分量拓扑描述函数来表征基于多段线的芯线的形状,从而将PCSS拓扑优化中的设计变量维数减少到只有几十个维度。为了解决优化问题,提出了一种反馈机制驱动的代理辅助差分进化算法,其中两个搜索阶段,即全局搜索阶段和局部搜索阶段,分别按顺序执行,以实现全局探索和局部开发之间的良好平衡。具体来说,全局搜索阶段不仅用于探索未知区域以有效地定位有希望的区域,而且还用于提高特定有希望区域中代理的准确性。局部搜索阶段用于集中搜索局部有希望区域,以加快收敛速度。提出了一种基于三种不同反馈信息的反馈机制来驱动全局搜索阶段的自适应搜索。基于PCSS约束满足的优势,采用基于体积控制的(varepsilon)-约束处理方法,以适当的方式对体积和其他约束进行不同的处理。数值算例表明了该方法的有效性。

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第74页第15页 固体力学优化问题的拓扑方法
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参考文献:

[1] 洛娜·J·吉布森,http://lornagibson.org/research,单元格。实体结构。道具。申请。(未注明日期)。
[2] https://www.kaooriginal.com/product/tulip-leaves-3448/,(未注明日期)。
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Leaf,(未注明日期)。
[4] 杨,J。;沈海生。;Zhang,L.,复合横向和面内载荷下层压泡沫夹层板的非线性局部响应,Compos。结构。,52, 137-148 (2001)
[5] 杨,J。;Kitipornchai,S。;Liew,K.M.,FGM夹层板的非线性局部弯曲,J.Mech。马特。结构。,3, 1977-1992 (2008)
[6] Raic,A。;罗德林。;Kalbacher,H。;Lee-Thedieck,C.,作为人类造血干细胞和祖细胞增殖3D支架的仿生大孔PEG水凝胶,生物材料,35,929-940(2014)
[7] 阿加蒂,G。;阿扎雷洛,E。;Pollastri,S。;Tattini,M.,作为植物抗氧化剂的类黄酮:位置和功能意义,植物科学。,196, 67-76 (2012)
[8] Dragoni,E.,《夹层结构四面体桁架核心的优化机械设计》,J.Sandw。结构。材料。,15, 464-484 (2013)
[9] 徐,M。;邱,Z.,具有区间参数的复合材料格构-核心夹芯梁的自由振动分析与优化,合成。结构。,106, 85-95 (2013)
[10] Valdevit,L。;魏,Z。;Mercer,C。;Zok,F.W。;Evans,A.G.,《波纹芯近最佳夹芯板的结构性能》,国际固体结构杂志。,43, 4888-4905 (2006) ·Zbl 1120.74697号
[11] 科特,F。;Deshpande,V.S。;弗莱克,N.A。;Evans,A.G.,《波纹和金刚石晶格材料的压缩和剪切响应》,《国际固体结构杂志》。,43, 6220-6242 (2006) ·Zbl 1120.74416号
[12] 卢·J。;杨,J。;Kitipornchai,S。;Wu,H.,《波纹夹芯板中长波传播的动态均匀化模型》,《国际力学杂志》。科学。,149, 27-37 (2018)
[13] 比亚吉,R。;Bart-Smith,H.,金字塔夹芯结构的缺陷敏感性,国际固体结构杂志。,44, 4690-4706 (2007) ·Zbl 1166.74329号
[14] 科特,F。;比亚吉,R。;Bart-Smith,H。;Deshpande,V.S.,金字塔芯夹芯柱的结构响应,国际固体结构杂志。,44, 3533-3556 (2007) ·Zbl 1121.74392号
[15] Wallach,J.C。;Gibson,L.J.,三维桁架材料的力学行为,国际固体结构杂志。,38, 7181-7196 (2001) ·Zbl 0981.74510号
[16] Chiras,S。;穆姆·D·R。;埃文斯,A.G。;威克斯,N。;哈钦森,J.W。;Dharmasena,K。;Wadley,H.N.G。;Fichter,S.,《近优化桁架核心板的结构性能》,国际固体结构杂志。,39, 4093-4115 (2002)
[17] 库瓦斯特拉,G.W。;Queheillalt,D.T。;Wadley,H.N.G.,铝格构桁架夹芯板结构的剪切性能,马特。科学。工程A,472,242-250(2008)
[18] Deshpande,V.S。;Fleck,N.A.,《三点弯曲中桁架芯夹层梁的倒塌》,国际固体结构杂志。,38, 6275-6305 (2001) ·Zbl 0981.74524号
[19] 张,Q。;韩,Y。;陈,C。;Lu,T.,超轻型x型晶格夹层结构(I):概念、制造和实验表征,科学。中国E,52,2147-2154(2009)·Zbl 1370.74133号
[20] 严,H.B。;张庆川。;卢·T·J。;Kim,T.,单相强制对流中的轻型X型金属晶格,《国际传热杂志》,83,273-283(2015)
[21] 张,Q。;Lu,T.,手工X型格构桁架结构的试验和模拟压缩性能,机械学报。索里达币。,25, 111-116 (2012)
[22] Yan,L.L。;Yu,B。;Han,B。;陈春秋。;张庆川。;Lu,T.J.,泡沫铝填充波纹芯夹芯板的抗压强度和能量吸收,Compos。科学。技术。,86, 142-148 (2013)
[23] Han,B。;秦,K。;Yu,B。;王,B。;张,Q。;Lu,T.J.,蜂窝-波纹混合材料,作为一种新型夹芯材料,可显著提高压缩性能,Mater。设计。,93, 271-282 (2016)
[24] Catapano,A。;Montemurro,M.,蜂窝夹芯板优化设计的多尺度方法。第二部分:优化策略,组成。结构。,118, 677-690 (2014)
[25] 洛杉矶施密特。;Mehrinfar,M.,《纤维复合材料加筋板构件结构的多级优化设计》,AIAA J.,20,138-147(1982)·Zbl 0474.73104号
[26] Rathbun,H.J。;Zok,F.W。;Evans,A.G.,《金属夹芯板弯曲强度优化》,国际固体结构杂志。,42, 6643-6661 (2005) ·Zbl 1119.74562号
[27] 史建新。;Shimoda,M.,功能梯度夹层结构设计的界面形状优化,Compos。结构。,125, 88-95 (2015)
[28] dos,S.L。;e Lucato,S。;McMeeking,R.M。;Evans,A.G.,基于Kagome的高权威形状变形结构中的致动器位置优化,Smart Mater。结构。,14, 869 (2005)
[29] 风机,H.-T。;Wang,H。;Chen,X.-H.,考虑强度和屈曲的最小重量多层夹芯板复合材料结构的优化,科学。工程组成。材料。,25, 229-241 (2018)
[30] F.J.马丁内斯·马丁斯。;Thrall,A.P.,《受折纸启发的可展开式掩体用蜂窝夹芯板:最小重量和最大能效的多目标优化》,《工程结构》。,69, 158-167 (2014)
[31] 西格蒙德,O。;Maute,K.,拓扑优化方法,结构。多磁盘。最佳。,48, 1031-1055 (2013)
[32] 本德索,M.P。;Sigmund,O.,《拓扑优化:理论、方法和应用》(2013),Springer Science&Business Media·Zbl 1059.74001号
[33] 朱棣文,S。;高,L。;肖,M。;罗,Z。;Li,H.,柔顺机构基于应力的多材料拓扑优化,国际。J.数字。方法工程,1131021-1044(2018)
[34] 维森特,W.M。;皮切利,R。;巴瓦内洛,R。;谢义明,耦合声结构系统周期结构的拓扑优化,(VII Eur.Congr.Comput.Methods Appl.Sci.Eng(2016))·Zbl 1425.74380号
[35] Zhang,Y。;肖,M。;张,X。;Gao,L.,基于多尺度优化的梯度蜂窝夹芯结构拓扑设计,计算。方法应用。机械。工程,361,第112749条pp.(2020)·Zbl 1442.74187号
[36] Zhang,Y。;高,L。;Xiao,M.,通过克里金辅助多尺度拓扑优化最大化非均匀细胞结构的固有频率,计算。结构。,230,第106197条pp.(2020)
[37] 黄,X。;Xie,Y.M.,使用进化拓扑优化的周期结构优化设计,结构。多磁盘。最佳。,36, 597-606 (2008)
[38] 左,Z.H。;谢永明。;黄,X.,周期结构固有频率的优化拓扑设计,J.Struct。工程,1371229-1240(2011)
[39] 斯特雷克,T。;Jopek,H。;Maruszewski,B.T。;Nienartowicz,M.,具有辅助相的夹芯结构复合材料的计算分析,Phys。《团结状态》,251354-366(2014)
[40] 孙,Z。;李,D。;张伟。;Shi,S。;郭,X.,具有混杂芯和CFRP面板的仿生夹层结构的拓扑优化,Compos。科学。技术。,142, 79-90 (2017)
[41] 楚,S。;高,L。;肖,M。;Li,H.,使用显式拓扑优化设计桁架核心夹芯板,合成。结构。,210, 892-905 (2019)
[42] Svanberg,K.,移动渐近线方法——结构优化的一种新方法,国际。J.数字。方法工程,24,359-373(1987)·Zbl 0602.73091号
[43] Sun,C。;Jin,Y。;Cheng,R。;丁,J。;Zeng,J.,高维代价问题的代理辅助协同群优化,IEEE Trans。进化。计算。,21, 644-660 (2017)
[44] 郭,X。;张伟。;Zhong,W.,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。,81, 81009 (2014)
[45] Deng,法学博士。;Chen,W.,使用基于拓扑优化的连接可变形组件的结构柔性设计,科学。中国技术。科学。,59, 839-851 (2016)
[46] 张伟。;李,D。;张杰。;Guo,X.,基于移动可变形组件(MMC)方法的结构拓扑优化中的最小长度尺度控制,计算。方法应用。机械。工程,311327-355(2016)·Zbl 1439.74312号
[47] 王,R。;张,X。;Zhu,B.,使用有效连接状态(ECS)控制方法在基于移动可变形组件(MMC)的拓扑优化中施加最小长度尺度,计算。方法应用。机械。工程,351667-693(2019)·Zbl 1441.74173号
[48] Jin,Y.,进化计算中适应度近似的综合研究,软计算。,9, 3-12 (2005) ·Zbl 1059.68089号
[49] 张杰。;肖,M。;高,L。;Chu,S.,一种用于小失效概率混合可靠性分析的基于投影-外线的主动学习克里金和自适应重要性抽样组合方法,计算。方法应用。机械。工程,344,13-33(2019)·Zbl 1440.65009号
[50] 张杰。;肖,M。;高,L。;Fu,J.,一种新的基于投影轮廓的主动学习方法及其与克里格元模型的结合,用于随机变量和区间变量的混合可靠性分析,计算。方法应用。机械。工程,341,32-52(2018)·Zbl 1441.65009号
[51] 肖,M。;张杰。;Gao,L.,多响应模型下基于系统可靠性的设计优化的系统主动学习克里金方法,Reliab。工程系统。安全。,199,第106935条,第(2020)页
[52] Queipo,N.V。;哈夫特卡,R.T。;Shyy,W。;Goel,T。;瓦迪亚纳桑,R。;Tucker,P.K.,基于代理的分析和优化,Prog。Aerosp.航空公司。科学。,41, 1-28 (2005)
[53] 雷,M。;马达万,N。;Huber,F.,《使用神经网络改善跨音速涡轮机的非定常气动性能》,(第38届航空科学会议,Exhib(2000)),169
[54] Knill,D.L。;Giunta,A.A。;贝克,C.A。;格罗斯曼,B。;梅森,W.H。;哈夫特卡,R.T。;Watson,L.T.,超音速运输设计中结合线性和欧拉空气动力学的响应面模型,J.Aircr。,36, 75-86 (1999)
[55] Jiao,R。;曾S。;李,C。;姜瑜。;Jin,Y.,高斯过程的一个完整的预期改进标准辅助了高约束昂贵的优化,Inf.Sci。(纽约),471,80-96(2019)·Zbl 1441.90109号
[56] 刘,C。;杜,Z。;张伟。;Zhu,Y。;郭,X.,通过显式拓扑优化进行梯度晶格结构的面向加法制造的设计,J.Appl。机械。,84, 81008 (2017)
[57] 斯托恩,R。;Price,K.,《差分进化——连续空间上全局优化的一种简单有效的启发式算法》,J.global Optim。,11, 341-359 (1997) ·Zbl 0888.90135号
[58] Powell,M.J.D.,共轭梯度法的重新启动程序,数学。程序。,12, 241-254 (1977) ·Zbl 0396.90072号
[59] Takahama,T。;Sakai,S.,《受(varepsilon)约束的差分进化与存档和基于梯度的变异的约束优化》(IEEE Congr.Evol.Compute(2010)),1-9
[60] Wang,Y。;尹德清。;Yang,S。;Sun,G.,《带不等式约束的昂贵约束优化问题的全局和局部代理辅助差分进化》,IEEE Trans。赛博。,1-15 (2018)
[61] K.Deb,遗传算法的一种有效约束处理方法,186(2000)311-338·兹比尔1028.90533
[62] Wang,G.G。;Shan,S.,支持工程设计优化的元建模技术综述(2006)
[63] Wang,H。;Shan,S。;Wang,G.G。;Li,G.,《集成最小二乘支持向量回归和防撞设计的模式追踪抽样优化》,J.Mech。设计。,133, 41002 (2011)
[64] 朱棣文,S。;高,L。;肖,M。;罗,Z。;李,H。;Gui,X.,一种基于自适应体积约束和应力惩罚的应力约束拓扑优化新方法,Struct。多磁盘。最佳。,57, 1163-1185 (2018)
[65] Regis,R.G.,《使用径向基函数进行高维约束昂贵黑盒优化的进化编程》,IEEE Trans。进化。计算。,18, 326-347 (2013)
[66] 高,W.-F。;Yen,G.G。;Liu,S.-Y.,约束优化的双重种群差分进化与协同进化,IEEE Trans。赛博。,45, 1108-1121 (2014)
[67] Wang,Y。;王,B.-C。;李海霞。;Yen,G.G.,将目标函数信息纳入约束进化优化的可行性规则,IEEE Trans。赛博。,46, 2938-2952 (2015)
[68] Riget,J。;Vesterström,J.S.,《多样性引导的粒子群优化器——ARPSOTech》。2002年(2002年),《部门计算》。科学。,奥胡斯大学:计算机系。科学。,丹麦奥胡斯大学
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