×
哈里森·诺比斯;菲利普·施拉特;瓦德布罗，艾迪;马丁·伯格伦;Dan S.Henningson。

采用谱元法对非恒定流进行拓扑优化。 （英文） 兹比尔1521.76618

计算。流体 239，文章ID 105387，14 p.（2022）.
总结：我们研究了高阶谱元方法（SEM）在基于密度的二维非定常流动拓扑优化中的适用性。直接数值模拟（DNS）依靠布林克曼惩罚来描述域内固体的存在。优化过程使用伴随变量方法计算梯度，使用检查点策略减少存储需求。非线性滤波策略用于强制实施最小长度尺度，并在流体-固体界面上提供平滑，防止吉布斯振荡。该方法已成功应用于弯管和振荡泵的设计，与贴体网格吻合良好。泵的精确设计取决于初始材料分布。然而，底层拓扑结构和泵送机制是相同的。研究了最小长度尺度的影响，表明它是振荡泵产生有意义设计的必要正则化约束。SEM和基于密度的优化的结合提供了一些独特的挑战，这些挑战已得到解决和讨论，即界面平滑加剧了缺乏明确的边界跟踪。然而，SEM可以达到与传统有限元方法同等的精度，同时需要更少的自由度。因此，SEM的使用解决了与优化非恒定流相关的两个主要瓶颈：计算成本和数据存储。

引用于1文件

MSC公司：

76平方米 谱方法在流体力学问题中的应用
76层65 湍流的直接数值模拟和大涡模拟
65M60毫米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程

关键词：

拓扑优化;谱元法;不稳定的;直接数值模拟;长度刻度控制;非线性滤波

软件：

旋转;耐克5000
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{H.Nobis}等人，计算。液体239，文章ID 105387，14 p.（2022；Zbl 1521.76618）
全文： 内政部

参考文献：

[1] Bendsøe，马丁·菲利普；Kikuchi，Noboru，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，71，2（1988）·Zbl 0671.73065号
[2] 托马斯·博尔瓦尔；Peterson，Joakim，Stokes流中流体的拓扑优化，国际数值方法流体，41，1（2003）·Zbl 1025.76007号
[3] Gersborg-Hansen，A。；西格蒙德，O。；Haber，R.B.，河道水流问题的拓扑优化，结构多盘优化，30，3（2005）·Zbl 1243.76034号
[4] 塞巴斯蒂安·克里索尔；乔治·平根（Georg Pingen）；Maute，Kurt，非恒定流拓扑优化，国际数值方法工程杂志，87，13（2011）·Zbl 1242.76052号
[5] 乔治·平根（Georg Pingen）；Maute，Kurt，使用拓扑优化方法进行非牛顿流体的优化设计，计算数学应用，59，7（2010）·Zbl 1193.76113号
[6] Saglietti Clio、Wadbro Eddie、Berggren Martin、Henningson Dan S.通过拓扑优化实现三维导热差热腔的传热最大化。摘自：第六届欧洲计算力学会议论文集：固体、结构和耦合问题，ECCM 2018和第七届欧洲计算流体动力学会议，ECFD 2018；2020
[7] 克利奥·萨格里耶蒂；菲利普·施拉特；Eddie Wadbro；Martin Berggren；Henningson，Dan S.，方形差热腔中散热器的拓扑优化，国际热流学杂志，74（2018）
[8] Alexandersen，Joe；Andreasen，Casper Schousboe，基于流体问题的拓扑优化综述，流体，5，1（2020）
[9] 陈聪；健太郎YAJI；YAMADA、Takayuki；IZUI，Kazuhiro；NISHIWAKI，Shinji，使用格子Boltzmann方法对非定常流体流动进行基于局部时间伴随的拓扑优化，Mech Eng J，4，3（2017）
[10] 安德烈亚斯·格雷万克；Walther，Andrea，《算法799：旋转：计算微分的反向或伴随模式的检查点实现》，ACM Trans Math Softw，26，1（2000）·Zbl 1137.65330号
[11] 费雯·查利斯（Vivien J.Challis）。；Guest，James K.，Stokes流中流体的水平集拓扑优化，国际数值方法工程杂志，79，10（2009）·Zbl 1176.76039号
[12] Othmer，C.，管道流动拓扑和表面敏感性计算的连续伴随公式，《国际数值方法流体》，58，8（2008）·Zbl 1152.76025号
[13] 科赫，J.R.L。；Papoutsis-Kiachagias，E.M。；Giannakoglou，K.C.，《二维流体力学从伴随水平集拓扑到形状优化的过渡》，计算流体，150（2017）·Zbl 1390.76057号
[14] Nörgaard，Sebastian Arlund，拓扑优化和晶格Boltzmann方法，DCAMM特别报告，S230（2017），丹麦技术大学（博士论文）
[15] 塞巴斯蒂安·诺加德；奥莱·西格蒙德；Lazarov，Boyan，使用格子Boltzmann方法对非定常流动问题进行拓扑优化，计算物理杂志，307（2016）·Zbl 1351.76245号
[16] Regulski，W。；斯津巴斯基，J。；Łaniewski-Wołk，Boyan；Gumowski，K。；斯基宾斯基，J。；Wichrowski，M。；Wejrzanowski，T.，《泡沫陶瓷流动压降——数值和实验研究》，化学工程科学，137（2015）
[17] 于大志；梅仁伟；罗、李石；Shyy，Wei，用格子Boltzmann方程方法计算粘性流，Prog Aerosp Sci，39，5（2003）
[18] Kontoleontos，E.A。；Papoutsis Kiachagias，E.M。；Zymaris，A.S。；帕帕迪米特里奥，D.I。；Giannakoglou，K.C.，《粘性流动基于伴随的约束拓扑优化，包括传热》，《工程优化》，第45、8页（2013年）
[19] 狄尔根，塞廷·B。；Sumer B.Dilgen。；大卫·R·福尔曼。；奥勒·西格蒙德；Lazarov，Boyan S.，湍流拓扑优化，计算方法应用机械工程，331（2018）·Zbl 1439.74265号
[20] 塞巴斯蒂安·克雷塞尔；Maute，Kurt，《使用扩展有限元法进行基于Levelset的流体拓扑优化》，Struct Multidisip Optim，46，3（2012）·Zbl 1274.76251号
[21] Carlos H.Villanueva。；Maute，Kurt，三维层流不可压缩流动问题的CutFEM拓扑优化，计算方法应用机械工程，320（2017）·Zbl 1439.74297号
[22] 段显宝；李飞飞；秦新强，流体流动拓扑优化的自适应网格法，应用数学-莱特，44（2015）·Zbl 1311.76021号
[23] Feppon，F。；Allaire，G。；Dapogny，C。；Jolive，P.，《使用实体网格和并行计算对热流结构系统进行拓扑优化》，《计算物理杂志》，417（2020）·Zbl 1437.74021号
[24] 王振杰。；Krzysztof，Fidkowski；雷米·阿布格雷尔；弗朗西斯科·巴西；Caraeni，多鲁；安德鲁·卡里（Andrew Cary）；Herman Deconick；拉尔夫·哈特曼（Ralf Hartmann）；科恩·希勒瓦尔特；Huynh，H.T。；诺伯特·克罗尔；乔治·梅；佩尔森，佩洛夫；范·利尔，布拉姆；Visbal，Miguel，《高阶CFD方法：现状与展望》，《国际数值方法流体》，第72、8期（2013年）·Zbl 1455.76007号
[25] 保罗·菲舍尔（Paul Fischer）；Julia Mullen，基于滤波器的光谱元素方法稳定化，Comptes Rendus de l'Académie des Sci-Ser I-Math，332，3（2001）·Zbl 0990.76064号
[26] 侯赛尼，S.M。；维努萨，R。；施拉特，P。；Hanifi，A。；Henningson，D.S.，中等雷诺数下机翼截面周围流动的直接数值模拟，国际热流学杂志，61（2016）
[27] 尼古拉斯·奥弗曼；奥纳州马林；米歇尔·沙宁（Michel Schanen）；龚静；保罗·菲舍尔（Paul Fischer）；Schlater，Philipp，《关于谱元解算器Nek5000在PB级系统上的强伸缩性》，arxiv（2017）
[28] 乔纳森·文森特；龚靖；马丁·卡普（Martin Karp）；亚当·佩普林斯基（Adam Peplinski）；尼克拉斯·詹森（Niclas Jansson）；阿图尔·波多巴斯；安德烈亚斯·乔克施；姚洁；侯赛因、费泽尔；马尔基迪斯、斯特凡诺；卡尔森，马特；德克·普莱特；欧文·劳尔；Schlater、Philipp，OpenACC在多个基于GPU的HPC系统上支持Nek5000的强大扩展能力（2021年）
[29] 阿里·加西米；Elham，Ali，《跨翅片阵列的流动功率损失最小化的新型拓扑优化方法》，《能源》，第13期，第8期（2020年）
[30] Eddie Wadbro；Hägg，Linus，《基于准算术平均值的滤波器及其在大规模拓扑优化中的快速评估》，Struct-Multidisip Optim，52，5（2015）
[31] 本德瑟，M.P。；Sigmund，O.，《使用有限体积法进行拓扑优化》，Topology，m，June（2005）
[32] Goldstein，D。；Handler，R.公司。；Sirovich，L.，用外力场模拟无滑移流动边界，计算物理杂志，105，2（1993）·兹比尔0768.76049
[33] 菲利普·安戈特（Philippe Angot）；文莱，查尔斯·亨利；Fabrie，Pierre，《考虑不可压缩粘性流中障碍物的惩罚方法》，数值数学，81，4（1999）·Zbl 0921.76168号
[34] Sigmund，Ole，用于拓扑优化的基于形态学的黑白滤波器，Struct Multidisip Optim，33，4-5（2007）
[35] 西格蒙德，O。；Peterson，J.，《拓扑优化中的数值不稳定性：处理棋盘格、网格相关性和局部极小值的程序综述》，Struct Optim，16，1（1998）
[36] 克里斯特·斯文伯格（Krister Svanberg）；Svärd，Henrik，基于勾股平均值的拓扑优化密度过滤器，Struct-Multidisip Optim，48，5（2013）
[37] 嘉宾，J.K。；普雷沃斯特，J.H。；Belytschko，T.，《利用节点设计变量和投影函数实现拓扑优化中的最小长度尺度》，《国际数值方法工程杂志》，61，2（2004）·Zbl 1079.74599号
[38] 王凤文；拉扎罗夫、博扬·斯特凡诺夫；Sigmund，Ole，关于拓扑优化中的投影方法、收敛性和稳健公式，Struct-Multidisip Optim，43，6（2011）·Zbl 1274.74409号
[39] 徐胜利；蔡元武；Cheng，Gengdong，基于heaviside函数的保体积非线性密度滤波器，Struct Multidisip Optim，41，4（2010）·Zbl 1274.74419号
[40] 哈格，莱纳斯；Wadbro，Eddie，《基于密度的拓扑优化中的最小长度尺度控制》，Struct Multidisip Optim，58，3（2018）
[41] Deville，M.O。；菲舍尔，P.F。；Mund，E.H.（不可压缩流体流动的高阶方法（2002））·Zbl 1007.76001号
[42] Maday Yvon，Patera Anthony T.不可压缩Navier-Stokes方程的谱元方法。收录：计算力学最新调查·Zbl 1012.65109号
[43] Ohlsson，J。；施拉特，P。；菲舍尔，P.F。；Henningson，D.S.，《湍流模拟中光谱元素方法的稳定性》（计算科学与工程讲义，第76卷LNCSE（2011））·Zbl 1430.76315号
[44] 约翰·马尔姆；菲利普·施拉特；保罗·菲舍尔（Paul F.Fischer）。；Henningson，Dan S.，通过恢复不对称性稳定对流主导流中的谱元方法，科学计算杂志，57，2（2013）·Zbl 1282.76145号
[45] 米歇尔·沙宁（Michel Schanen）；奥纳州马林；张红；Anitescu，Mihai，谱元解算器Nek5000中大规模伴随的异步两级检查点方案（Procedia Computer Science，第80卷（2016））
[46] Enrico Rinaldi；坎顿，雅各伯；Schlater，Philipp，《弯管中强湍流锋面的消失》，《流体力学杂志》，866（2019）·Zbl 1415.76284号
[47] Offermans，Nicolas，《谱元法中自适应网格细化方面》，TRITA-MEK，2019:28，206（2019），KTH，力学，（博士论文）
[48] Svanberg、Krister、MMA和GCMMA——非线性优化的两种方法，第1卷（2007年）·Zbl 1273.74407号
[49] 邓永波；吴一辉；刘振宇，（层流拓扑优化理论（2018））·Zbl 1386.76004号
[50] Carlos H.Villanueva。；Maute，Kurt，三维层流不可压缩流动问题的CutFEM拓扑优化，计算方法应用机械工程，320，444-473（2017）·Zbl 1439.74297号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。