An error-in-constitutive equations strategy for topology optimization for frequency-domain dynamics

Sanders, Clay; Norato, Julián; Walsh, Timothy; Aquino, Wilkins

doi:10.1016/j.cma.2020.113330

标题：频域动力学拓扑优化的本构方程误差策略

期刊文章 · 2020年9月28日周一00:00:00 EDT ·应用力学与工程中的计算机方法

内政部：https://doi.org/10.1016/j.cma.2020.113330· OSTI ID：1668695

砂光机、粘土 ^[1]; 朱利安·诺拉托 ^[2]; 蒂莫西·沃尔什 ^[3]; 威尔金斯·阿基诺 ^[1]

北卡罗来纳州达勒姆杜克大学（美国）
康涅狄格大学，斯托斯，CT（美国）
Sandia国家实验室（SNL-NM），新墨西哥州阿尔伯克基（美国）

本文提出了一种频域动力学拓扑优化公式，以减少对初始猜测和考虑载荷条件的解的依赖性。由于无阻尼稳态动力学中的共振现象，测量动态响应的目标具有许多局部极小值，这些极小值可能代表设计问题的较差解决方案，这一问题在多个频率的设计中更加严重。在这项工作中，我们提出了一种改进的组成误差方程（MECE）方法的扩展，该方法以前用于材料识别逆问题，作为频域动力学拓扑优化的一种新方法来缓解这些问题。该框架的主要思想是在目标函数中加入一个额外的惩罚项，以测量应力和应变之间以及惯性力和位移之间本构关系的差异。然后，将设计问题转化为PDE约束优化公式，在该公式中，我们寻求位移、应力、惯性力和密度场解决方案，以最小化我们的新目标，使其服从线性动量守恒和一些附加约束。我们表明，与传统的基于梯度的优化方法相比，该方法具有更好的设计，传统的优化方法仅使用位移函数作为目标，同时严格执行本构方程。MECE策略集成到基于密度的拓扑优化方案中，用于空隙-固体或两相材料结构设计。考虑到多频率荷载工况和结构目标，我们强调了我们的方法在各种直接频率响应设计场景中的优点。

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研究机构：: Sandia国家实验室（SNL-NM），新墨西哥州阿尔伯克基（美国）

赞助组织：: USDOE国家核安全局（NNSA）

授予/合同编号：: AC04-94AL85000；NA0003525；FG02-97ER25308型

OSTI ID：: 1668695

备用ID：: OSTI编号：1809314

报告编号：: 2019-10373J年3月；679039

日志信息：: 《应用力学与工程中的计算机方法》，第372卷；国际标准刊号0045-7825

出版商：: 爱思维尔版权声明

出版国家：: 美国

语言：: 英语

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