×
卢、杨龙;王燕

基于周期曲面建模的超材料结构优化。 （英语） 兹比尔1507.74274

计算。方法应用。机械。工程师。 395，文章ID 115057，20 p.（2022）.
摘要：超材料是指工程化的微结构或复合材料，具有自然界中没有的新特性。形状和拓扑优化的结构优化方法已在超材料设计中得到发展。由于设计空间的高维性，传统拓扑优化方法的计算成本很高。形状优化和拓扑优化也分别进行。为了提高搜索效率，提出了一种基于周期曲面建模的结构优化方法，以同时优化超材料的形状和拓扑。在周期曲面模型中，可以用少量参数表示各种拓扑。因此，搜索空间大大减少。此外，还开发了一种混合整数贝叶斯优化方法，该方法使用新的高斯过程核，在周期曲面模型中结合了离散和连续设计参数。采用混合整数贝叶斯优化方法和传统的基于种群的遗传算法求解结构优化问题。论证了高强度重量比和负泊松比机械超材料的设计。

引用于1文件

MSC公司：

第74页第10页 固体力学中其他性质的优化

关键词：

超材料;拓扑优化;形状优化;贝叶斯优化;三周期最小曲面

软件：

pBO-2GP-3B型;玻璃钢网;github;味噌
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{Y.Lu}和\textit{Y.Wang}，计算。方法应用。机械。工程395，文章ID 115057，20 p.（2022；Zbl 1507.74274）
全文： 内政部

参考文献：

[1] Lee，S.H。；帕克，C.M。；Seo，Y.M.先生。；王振国。；Kim，C.K.，具有负模量的声学超材料，J.Phys.：康登斯。Matter，第21、17条，第175704页（2009年）
[2] Babaee，S。；希姆·J。；韦弗，J.C。；Chen，E.R。；帕特尔，N。；Bertoldi，K.，具有负泊松比的3D软超材料，高级材料。，25, 36, 5044-5049 (2013)
[3] Mohsenizadeh，M。；Gasbarri，F。；Munther，M。；Beheshti，A。；Davami，K.，《用于能量吸收的增材制造轻质超材料》，Mater。设计。，139521-530（2018）
[4] 王，Y。；罗，Z。；张，N。；Kang，Z.，使用水平集方法优化微结构超材料的拓扑形状，计算。马特。科学。，87, 178-186 (2014)
[5] Braibant，V。；Fleury，C.，使用B样条曲线的形状优化设计，计算。方法应用。机械。工程，44，3，247-267（1984）·Zbl 0525.73104号
[6] Désidéri，J.A。；Abou El Majd，B。；Janka，A.，形状优化的嵌套和自适应Bézier参数化，J.Compute。物理。，224, 1, 117-131 (2007) ·Zbl 1123.65303号
[7] Bendsøe，M.P.，作为材料分布问题的最优形状设计，结构。最佳。，1, 4, 193-202 (1989)
[8] 周，M。；Rozvany，G.I.N.，COC算法，第二部分：拓扑、几何和广义形状优化，计算。方法应用。机械。工程，89，1-3，309-336（1991）
[9] Sethian，J.A。；Wiegmann，A.，《通过水平集和浸入式界面方法进行结构边界设计》，J.Compute。物理。，1632489-528（2000年）·Zbl 0994.74082号
[10] 王，M.Y。；王，X。；郭，D.，结构拓扑优化的水平集方法，计算。方法应用。机械。工程，192，1-2，227-246（2003）·Zbl 1083.74573号
[11] 西格蒙德，O。；Maute，K.，拓扑优化方法，结构。多学科。最佳。，48, 6, 1031-1055 (2013)
[12] 艾哈迈德·R。；香港Voruganti，《结构拓扑优化：方法和应用》，（应用机械工程进展（2020），施普林格：施普林格新加坡），643-654
[13] Wang，Y.，计算机辅助纳米设计的周期表面建模，计算机。辅助设计。，39, 3, 179-189 (2007)
[14] 黄，W。；迪达里，S。；王，Y。；Harris，T.A.L.，广义周期表面模型及其在纤维多孔介质设计中的应用，工程计算。，32，1，7-36（2015年）
[15] Andersen，P.R。；Henríquez，V.C。；Aage，N.，《包括粘性和热损失在内的微声器件的形状优化》，J.Sound Vib。，447, 120-136 (2019)
[16] Lin，W。；纽曼，J.C。；安德森，W.K。；Zhang，X.，宽带声学超材料和声子晶体的拓扑和形状优化，Acust。科学。技术。，38, 5, 254-260 (2017)
[17] 本德瑟，M.P。；Sigmund，O.，拓扑优化中的材料插值方案，Arch。申请。机械。，69, 9, 635-654 (1999) ·Zbl 0957.74037号
[18] 斯托尔佩，M。；Svanberg，K.，最小柔度拓扑优化的替代插值方案，Struct。多学科。最佳。，22, 2, 116-124 (2001)
[19] 科莱，M。；没有，l。；布鲁吉，M。；Duysinx，P.，应力约束下微结构设计的拓扑优化，结构。多学科。最佳。，582677-2695（2018）
[20] 阿拉科克，L。；Watkins，R.T。；Tamijani，A.Y.，热弹性多材料周期性微结构的基于应力的稳健拓扑优化，计算。方法应用。机械。工程，379，第113749条pp.（2021）·Zbl 1506.74260号
[21] 迪亚兹，A.R。；Sigmund，O.，负渗透超材料设计的拓扑优化方法，结构。多学科。最佳。，41, 2, 163-177 (2010) ·Zbl 1274.74262号
[22] Yang，X.先生。；Kim，Y.Y.，完美模式转换各向异性弹性超材料设计的拓扑优化，Compos。结构。，201, 161-177 (2018)
[23] 陈，Q。；张，X。；Zhu，B.，利用拓扑优化设计用于能量吸收的屈曲诱导机械超材料，结构。多学科。最佳。，58, 4, 1395-1410 (2018)
[24] 张，G。；Khandelwal，K.，通过拓扑优化和非线性均匀化进行有限应变auxetic超材料的计算设计，计算。方法应用。机械。工程师，356490-527（2019）·Zbl 1441.74181号
[25] Rezaei，S。；Kadkhodapour，J。；Hamzehei，R。；Taherkhani，B。；Anaraki，A.P。；Dariushi，S.，使用拓扑优化方法设计和建模具有超弹性特性的二维辅助超材料，光子。纳米结构：芬丹。申请。，43，第100868条pp.（2021）
[26] 李，H。；李，H。；肖，M。；Zhang，Y。；Fu，J。；Gao，L.，考虑材料性能混合不确定性的热弹性超材料稳健拓扑优化，Compos。结构。，248，第112477条pp.（2020）
[27] 吴杰。；罗，Z。；李，H。；Zhang，N.，混合不确定性下机械超材料的水平集拓扑优化，计算。方法应用。机械。工程，319，414-441（2017）·Zbl 1439.74302号
[28] 李，H。；罗，Z。；高，L。；Walker，P.，通过水平集对具有超材料的功能梯度蜂窝复合材料进行拓扑优化，计算。方法应用。机械。工程，328，340-364（2018）·Zbl 1439.74285号
[29] Vogiatzis，P。；陈，S。；王，X。；李·T。；Wang，L.，使用协调水平集方法对多材料负泊松比超材料进行拓扑优化，计算。辅助设计。，83, 15-32 (2017)
[30] 刘杰。；Tang，J。；艾哈迈德·R。；Ma，Y.，具有几何控制的超材料拓扑优化，计算。辅助设计。申请。，16, 951-961 (2019)
[31] Nguyen，C。；庄，X。；查莫因，L。；X.赵。；Nguyen-Xuan，H。；Rabczuk，T.，使用等几何分析和模型降阶对辅助超材料进行三维拓扑优化，计算。方法应用。机械。工程，371，第113306条pp.（2020）·Zbl 1506.74291号
[32] Otomori，M。；山田，T。；Izui，K。；西瓦基，S。；Andkjr，J.，基于水平集方法的负磁导率介质超材料设计拓扑优化方法，计算。方法应用。机械。工程，237192-211（2012）·Zbl 1253.74083号
[33] 卢，L。；山本，T。；Otomori，M。；山田，T。；Izui，K。；Nishiwaki，S.，使用局部共振对具有负体积模量的声学超材料进行拓扑优化，有限元。分析。设计。，72, 1-12 (2013) ·Zbl 1302.74165号
[34] 野口勇。；山田，T。；Izui，K。；Nishiwaki，S.，使用高频均匀化方法对双曲线声学超材料进行拓扑优化，计算。方法应用。机械。工程，335，419-471（2018）·Zbl 1440.74307号
[35] Ye，M。；高，L。；Li，H.，由负泊松比特性引起的逐渐变硬的机械超材料的设计框架，Mater。设计。，192，第108751条pp.（2020）
[36] 郑毅。；王，Y。；卢，X。；廖，Z。；Qu，J.，具有辅助特性的机械超材料的进化拓扑优化，国际力学杂志。科学。，179，第105638条，第（2020）页
[37] Dong，H.W。；赵S.D。；Wang，Y.S。；张，C.，各向异性宽带双负弹性超材料的拓扑优化，J.Mech。物理学。固体，105，54-80（2017）
[38] 荣，J。；Ye，W.，带拓扑优化的多功能弹性亚曲面设计，材料学报。，185, 382-399 (2020)
[39] 科尔曼，H.T。；阿布伊达，D.W。；Koric，S。；Guleryuz，E。；Sobh，N.A.，《2D超材料拓扑优化的深度学习》，马特。设计。，196，第109098条pp.（2020）
[40] 郑，L。；库马尔，S。；Kochmann，D.M.，具有无缝可调各向异性的旋齿类超材料的数据驱动拓扑优化，计算。方法应用。机械。工程，383，第113894条pp.（2021）·Zbl 1506.74316号
[41] 艾未未。；Gao，X.L.，使用参数水平集方法结合无网格算法对二维机械超材料进行拓扑优化，Compos。结构。，229，第111318条pp.（2019）
[42] 邓，H。；Hinnebusch，S。；To，A.C.，采用贝塞尔骨架显式密度（BSED）表示算法的可拉伸超材料拓扑优化设计，计算。方法应用。机械。工程，366，第113093条pp.（2020）·Zbl 1442.74166号
[43] Wang，Y.，周期曲面的升阶和降阶，计算-辅助设计。申请。，5, 6, 841-854 (2008)
[44] Wang，Y.，基于晶体的Loci周期曲面重建，计算机-辅助设计。申请。，4, 1-4, 437-447 (2007)
[45] Wang，Y.，计算周期曲面模型的Minkowski和，计算-辅助设计。申请。，6, 6, 825-837 (2009)
[46] C.Qi，Y.Wang，周期表面模型的变形，载于：国际设计工程技术会议和工程中的计算机和信息会议论文集（IDETC/CIE2009），8月30日至9月2日，美国加利福尼亚州圣地亚哥，2009年第5卷，第445-453页。
[47] E.Crnkic，L.He，Y.Wang，Loci表面引导晶体相变路径搜索，摘自：《国际设计工程技术会议和计算机与工程信息会议论文集》（IDETC/CIE2011），8月28日至31日，美国华盛顿特区，2011年第3卷，第485-496页。
[48] Crnkic，大肠杆菌。；He，L。；王毅，几何导向晶体相变路径搜索，计算机。辅助设计。，45, 1, 53-64 (2013)
[49] Y.Wang，周期表面的3D分形，摘自：《国际设计工程技术会议和计算机与工程信息会议论文集》（IDETC/CIE2010），8月15-18日，加拿大魁北克省蒙特利尔，2010年第3卷，第405-413页。
[50] 李毅。；夏，Q。；Yoon，S。；Lee，C。；卢，B。；Kim，J.，三周期最小结构的简单有效体积合并方法，计算。物理学。Comm.，264，第107956条pp.（2021）
[51] 齐，C。；Wang，Y.，计算机辅助纳米设计中基于特征的晶体构建，计算。辅助设计。，41, 11, 792-800 (2009)
[52] 迪达里，S。；哈里斯，T.A.L。；黄，W。；Tessier，S.M。；Wang，Y.，周期性表面模型开发气体扩散层的可行性：气体渗透性研究，国际氢能杂志，37，19，14427-14438（2012）
[53] 徐志杰。；王庆华。；Yang，S。；Li，J.R.，质子交换膜燃料电池用多孔金属纤维烧结毡的主动多尺度建模和气体渗透性研究，国际氢能杂志，41，18，7393-7407（2016）
[54] Yoo，D.J.，使用距离场和三周期最小表面模型的多孔支架设计，生物材料，32，31，7741-7754（2011）
[55] 阿尔梅达，H.A。；Bartolo，P.J.，基于双曲面的组织工程支架设计：结构数值评估，医学工程物理。，36, 8, 1033-1040 (2014)
[56] 阿夫沙尔，M。；Anaraki，A.P。；蒙塔泽里安，H。；Kadkhodapour，J.，基于三周期最小表面结构设计的梯度多孔支架的添加剂制造和机械表征，J.Mech。行为。生物识别。材料。，62481-494（2016）
[57] 史J。；杨，J。；朱，L。；李，L。；李，Z。；Wang，X.，使用三周期最小表面的骨组织工程多孔支架设计方法，IEEE Access，61015-1022（2017）
[58] M.I.穆罕默德。；Gibson，I.，《用于添加剂制造的三维、三周期单位细胞支架结构的设计》，J.Mech。设计。，140，7，第071701条pp.（2018）
[59] 徐，Z。；王，Q。；Li，J.，基于三周期最小表面的分形粗糙地形建模多孔结构，用于添加剂制造，快速原型。J.，23，2，257-272（2017）
[60] E.Mancini、M.Utzeri、E.Farotti、M.Sasso，《3D打印晶格结构的模型校准》，摘自：《第24届材料成型国际会议论文集》（ESAFORM21），比利时列日，2021年，第4154页。
[61] 胡，J。；王，S。；王，Y。；Li，F。；Luo，Z.，利用多尺度多孔结构制作3D打印对象的轻量级方法，Vis。计算。，35, 6, 949-959 (2019)
[62] 胡，C。；Lin，H.，使用三元B样条实体和三次周期最小曲面生成非均质多孔支架，图。模型，115，第101105条pp.（2021）
[63] 李，D。；戴，N。；Tang，Y。；Dong，G。；赵玉凤，具有三周期水平基于表面拓扑形状的梯度细胞结构的设计与优化，J.Mech。设计。，141，7（2019）
[64] Yang，S.D。；Lee，H.G。；Kim，J.，在体积约束下最小化三倍周期表面面积的相场方法，计算。物理学。Comm.，181，61037-1046（2010）·Zbl 1216.65021号
[65] 李毅。；Guo，S.，使用修正的Allen-Cahn方程的三重周期极小曲面，Appl。数学。计算。，295, 84-94 (2017) ·Zbl 1411.82029号
[66] Shahriari，B。；瑞典斯威斯基。；王，Z。；亚当斯·R·P。；De Freitas，N.，《让人类走出循环：贝叶斯优化综述》，Proc。IEEE，104，1，148-175（2015）
[67] Tran，A。；Sun，J。；Furlan，J.M。；Pagalthivarthi，K.V。；维森塔纳，R.J。；Wang，Y.，pBO-2GP-3B：具有可行性分类的批处理并行已知/未知约束贝叶斯优化及其在计算流体动力学中的应用，计算。方法应用。机械。工程，347827-852（2019）·Zbl 1440.76130号
[68] 王毅，用离散贝叶斯优化设计可信的网络物理社会系统，J.Mech。设计。，143，7，第071702条pp.（2021）
[69] J.Zhang，X.Yao，M.Liu，Y.Wang，基于置换的组合问题的贝叶斯离散优化算法，收录于：2019 IEEE计算智能（SSCI）研讨会系列，2019年，第874-881页。
[70] 戴维斯，E。；Ierapetitou，M.，一种基于克里格法求解含有黑箱函数的混合整数非线性程序的方法，J.Global Optim。，43, 2, 191-205 (2009) ·Zbl 1179.90238号
[71] Müller，J.，MISO:混合整数代理优化框架，Opt。工程师，17，1，177-203（2016）·Zbl 1364.90230号
[72] Tran，A。；Tran，M。；Wang，Y.，约束混合整数高斯混合贝叶斯优化及其在分形和辅助超材料设计中的应用，结构。多学科。最佳。，59, 6, 2131-2154 (2019)
[73] 王毅，网络物理社会系统网络中的拓扑信息动态建模，AI EDAM，35，3，316-331（2021）
[74] Mizzi，L。；阿塔德·D。；盖特·R。；Dudek，K.K。；Ellul，B。；Grima，J.N.，使用有限元分析加载机械超材料和其他复杂几何微观结构的周期性边界条件的实现，Eng.Comput。，37, 3, 1765-1779 (2021)
[75] Solgi，R.M.，《遗传算法》（2020），https://github.com/rmsolgi/geneticalgorithm
[76] Schlömer，N.，pygalmesh：CGAL网格工具的Python接口（2021），https://github.com/nschloe/pygalmesh
[77] Nguyen，V.D。；贝切特，E。；Geuzaine，C。；Noels，L.，通过多项式插值在任意网格上施加周期性边界条件，计算。马特。科学。，55, 390-406 (2012)
[78] Akpoyomare，A.I。；M.I.Okereke。；Bingley，M.S.，对非均质材料的一般有限元离散化实施周期边界条件，WIT Trans。建筑环境。，166, 129-142 (2016)
[79] 高杰。；薛，H。；高，L。；Luo，Z.，基于等几何分析的辅助超材料拓扑优化，计算。方法应用。机械。工程，352，211-236（2019）·Zbl 1441.74160号
[80] Vogiatzis，P。；Chen，S.，使用协调水平集方法对3D辅助超材料进行拓扑优化，（国际设计工程技术会议和工程会议中的计算机和信息，第50114卷（2016），美国机械工程师学会），p.V02BT03A004
[81] Wang，F.，有限应变下具有可编程泊松比的三维auxetic晶格材料的系统设计，J.Mech。物理学。固体，114303-318（2018）
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。它的项目与zbMATH标识符启发式匹配，并且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。