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复合材料离散夹角和厚度拓扑优化问题的混合积分二阶锥优化。 (英语) Zbl 1487.74103号

摘要:离散变量拓扑优化问题通常使用具有惩罚的固体各向同性材料(SIMP)、遗传算法(GA)或混合整数非线性优化(MINLO)来解决。本文将离散ply-angle和thickness拓扑优化问题表述为混合整数二阶锥优化(MISOCO)问题。与SIMP和GA方法不同,MISOCO可以有效地找到问题的全局最优解。此外,与现有的离散夹角优化问题的MISOCO公式相比,我们的公式允许结构改变拓扑,考虑更现实的Tsai-Wu应力屈服准则约束,并使用简单的线性约束消除棋盘格图案。我们解决了两种类型的离散夹角和厚度问题:结构质量最小化问题和柔度优化问题,其中的目标是最大化结构刚度。对于每个元素,首先选择元素是否存在于结构中。然后,可以从前一种情况的有限可能性集合中选择元件的夹角和厚度。胶合板角度和厚度的离散设计空间是制造限制的结果。为了改进问题的MISOCO求解方法,我们开发了有效的不等式约束,以收紧MISOCO公式的连续松弛。我们比较了各种MISOCO解算器的性能:Gurobi、CPLEX和MOSEK,以解算MISOCO重构。我们还使用BARON来解决原始MINLO公式的问题。我们的结果表明,使用MOSEK求解MISOCO问题的公式是最有效的求解方法。

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第74页第15页 固体力学优化问题的拓扑方法
74P05号 固体力学中的柔度或重量优化
74E30型 复合材料和混合物特性
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Achtziger,W。;Stolpe,M.,《离散杆区桁架拓扑的全局优化——第二部分:实现和数值结果》,Comput Optim Appl,44,2,315-341(2009)·兹比尔1184.90110
[2] Albanesi,A。;布雷,F。;弗希诺蒂,V。;Gebhardt,C.,使用逆有限元方法对层压风轮机叶片进行同时ply-order、ply-number和ply-drop优化,Compos-Struct,184894-903(2018)
[3] 安德森,ED;安德森,KD;Frenk,H。;Roos,K。;Terlaky,T。;Zhang,S.,《线性规划的MOSEK内点优化器:齐次算法的实现》,应用优化,197-232(2000),柏林:斯普林格出版社,柏林·Zbl 1028.90022号
[4] 安德森,ED;Roos,K。;Terlaky,T.,《关于实现二次曲线二次优化的原对偶内点法》,《数学程序》,95,2,249-277(2003)·Zbl 1030.90137号
[5] 贝洛蒂,P。;戈兹,JC;I·Pólik。;TK拉尔夫;Terlaky,T.,《关于与两个超平面有固定交点的二次曲面族》,《离散应用数学》,161,16-17,2778-2793(2013)·Zbl 1288.90052号
[6] 贝洛蒂,P。;Góez,JC;I·Pólik。;TK拉尔夫;Terlaky,T.,混合整数二阶锥优化的析取二次切割的完整特征,离散优化,24,3-31(2017)·Zbl 1387.90184号
[7] 议员本德瑟;Sigmund,O.,拓扑优化中的材料插值方案,Arch Appl Mech(Ingenieur Archiv),69,9-10,635-654(1999)·Zbl 0957.74037号
[8] Bourdin,B.,《拓扑优化中的过滤器》,国际数值方法工程杂志,50,9,2143-2158(2001)·Zbl 0971.74062号
[9] CJ布兰普顿;吴,KC;Kim,HA,使用水平集方法的转向纤维复合材料新优化方法,Struct Multidisip Optim,52,3,493-505(2015)
[10] 布鲁克斯,TR;Martins,JRRA,关于拖航复合材料设计优化的制造约束,复合结构,204,548-559(2018)
[11] Bruyneel,M.,SFP——一种基于形状函数的新参数化方法,用于优化材料选择:应用于传统复合材料层,Struct Multiscip Optim,43,1,17-27(2011)
[12] Cheng,G.,桁架拓扑优化的一些方面,结构优化,10,3-4,173-179(1995)
[13] 程,广东省;Guo,X.,(\epsilon)-结构拓扑优化中的松弛方法,结构优化,13,4,258-266(1997)
[14] 迪亚斯,A。;Sigmund,O.,布局优化中的棋盘模式,结构优化,10,1,40-45(1995)
[15] Ghiasi,H。;Fayazbakhsh,K。;帕西尼,D。;Lessard,L.,复合材料的最佳堆叠顺序设计第二部分:变刚度设计,复合结构,93,1,1-13(2010)
[16] 吉列,A。;弗朗西斯卡托,P。;Saffre,P.,《复合材料结构的单目标优化:设计变量的影响》,J Compos-Mater,44,4,457-480(2010)
[17] 格罗斯曼,IE;Voudouris,V。;O.加塔斯。;加利福尼亚州佛罗伦萨;Pardalos,PM,一些非线性离散设计优化问题的混合整数线性规划重新公式,全局优化的最新进展,478-512(1992),普林斯顿:普林斯顿大学出版社,普林斯顿
[18] Gurobi Optimization,LLC(2018)Gurobi优化器参考手册
[19] 哈夫特卡,RT,同步分析与设计,AIAA J,23,7,1099-1103(1985)·Zbl 0587.73135号
[20] 哈夫特卡,RT;Walsh,JL,通过整数规划实现层合板屈曲的堆叠序列优化,AIAA J,30,3,814-819(1992)
[21] 哈恩,HT;Tsai,SW,《复合材料导论》(1980),纽约:Technomic Publishing Co.,Inc.,纽约
[22] Huang D,Friedmann PP(2016)预测复合板响应的综合气动热弹性分析框架。参加:第15届动力学专家会议。美国航空航天研究所
[23] IBM ILOG(2018)IBM ILOG-CPLEX v12.8.0 CPLEX用户手册
[24] Kennedy,GJ,《应力约束离散材料设计优化的全空间屏障法》,Struct Multidiscip Optim,54,3,619-639(2016)
[25] 肯尼迪,GJ;Martins,JRRA,带制造约束的离散夹角问题的层压板参数化技术,Struct Multidiscip Optim,48,2,379-393(2013)
[26] Kim,JS;金,CG;Hong,CS,使用遗传算法和专家系统外壳优化设计层降复合材料结构,复合结构,46,2,171-187(1999)
[27] 洛博,理学硕士;范登伯格,L。;博伊德,S。;Lebret,H.,二阶锥规划的应用,线性代数应用,284,1-3,193-228(1998)·Zbl 0946.90050号
[28] Marmaras K(2014)制造约束下复合材料结构的优化设计。丹麦技术大学博士论文
[29] 马丁斯,JRRA;Lambe,AB,《多学科设计优化:架构调查》,AIAA J,51,9,2049-275(2013)
[30] McCormick,GP,可分解非凸程序整体解的可计算性:第一部分-凸低估问题,数学程序,10,1,147-175(1976)·Zbl 0349.90100号
[31] Mela,K.,使用混合变量方法解决桁架拓扑优化中的构件屈曲问题,Struct Multiscip Optim,50,6103-7-149(2014)
[32] Munoz E(2010)通过广义Benders分解对离散拓扑设计问题进行全局优化。丹麦工业大学博士论文
[33] Nikbakt,S。;卡马拉,S。;Shakeri,M.,《复合材料结构优化综述——第一部分:层压复合材料》,《复合结构》,195,158-185(2018)
[34] Petersen CC(1971)关于在线性程序中将变量乘积转换为线性形式的注释。普渡大学工作文件
[35] MH拉斯穆森;Stolpe,M.,使用并行分支法对离散桁架拓扑设计问题进行全局优化,计算结构,86,13-14,1527-1538(2008)
[36] 里奇,RL;Haftka,RT,用遗传算法优化层压板堆叠顺序以实现屈曲载荷最大化,AIAA J,31,5,951-956(1993)·Zbl 0775.73343号
[37] Sahinidis NV(2017)BARON 17.8.9:混合整数非线性规划的全局优化。用户手册
[38] Shahabsafa,M。;Mohammad-Nezhad,A。;泰拉基,T。;祖卢亚加,L。;He,S。;黄禹锡;Martins,JRRA,使用混合整数邻域搜索解决离散桁架设计问题的新方法,Struct-Multidisip Optim,58,6,2411-2429(2018)
[39] Shahabsafa,M。;Fakhimi,R。;Lei,W。;He,S。;马丁斯,JRRA;Terlaky,T。;Zuluaga,LF,保证运动稳定性的桁架拓扑设计和尺寸优化,Struct Multidiscip Optim(2020)·doi:10.1007/s00158-020-02698-x
[40] Sigmund,O.,《利用拓扑优化设计柔顺机构》,《机械结构-马赫数》,25,4,493-524(1997)
[41] 西格蒙德,O。;Peterson,J.,《拓扑优化中的数值不稳定性:处理棋盘格、网格依赖性和局部极小值的程序综述》,Struct Optim,16,1,68-75(1998)
[42] 瑟伦森,R。;Lund,E.,《基于梯度的多材料厚度过滤器和层压复合材料结构厚度优化》,Struct Multidisip Optim,52,2,227-250(2015)
[43] 瑟伦森,SN;Stolpe,M.,《具有离散材料候选选择和厚度变化的层压复合材料的全局混合优化》,Struct Multidisip Optim,52,1,137-155(2015)
[44] Stegmann,J。;Lund,E.,通用复合材料壳体结构的离散材料优化,国际数值方法工程杂志,62,142009-2027(2005)·Zbl 1118.74343号
[45] Stolpe,M.,《关于将拓扑优化问题重新表述为线性或凸二次混合0-1规划》,Optim Eng,8,2,163-192(2007)·Zbl 1173.74033号
[46] Stolpe,M.,《通过外部近似实现离散设计变量的桁架拓扑优化》,J Glob Optim,61,1,139-163(2014)·兹比尔1312.90037
[47] 斯托尔佩,M。;Stidsen,T.,具有局部应力和位移约束的离散结构拓扑设计问题的分层方法,Int J Numer Methods Eng,69,5,1060-1084(2007)·Zbl 1194.74276号
[48] 斯托尔佩,M。;Svanberg,K.,将拓扑优化问题建模为线性混合0-1程序,国际数值方法工程杂志,57,5,723-739(2003)·Zbl 1062.74593号
[49] 斯维德,G。;Ginos,Z.,多重荷载下的结构优化,国际机械科学杂志,10,10,803-805(1968)
[50] Tawarmalani,M。;内华达州萨希尼迪斯,《全局优化的多面体分枝切割法》,《数学程序》,103,2,225-249(2005)·Zbl 1099.90047号
[51] 蔡,西南;Wu,EM,各向异性材料强度的一般理论,J Compos-Mater,5,1,58-80(1971)
[52] 周,Y。;野村,T。;Saitou,K.,复合结构的多部件拓扑和材料取向设计(MTO-C),计算方法应用机械工程,342438-457(2018)·Zbl 1440.74333号
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