赫利奥·朱恩·埃门多费尔(Hélio jun Emmendoerfer)。;爱德华多·阿尔贝托·范切罗;埃米利奥·卡洛斯·内利·席尔瓦 柔顺机构的应力约束水平集拓扑优化。 (英语) Zbl 1439.74267号 计算。方法应用。机械。工程师。 362,文章ID 112777,27 p.(2020). 摘要:本文提出了一种基于水平集的拓扑优化方法,用于设计受局部应力约束的柔顺机构。与柔顺机构设计相关的一个经典技术难题是出现了受不可行应变和应力影响的非真实柔性关节(铰链)。克服这种情况的一种自然方法是在公式中包含应力约束。另一方面,这种方法带来了与压力约束的局部性质相关的特殊困难。为了解决这一问题,本工作使用增广拉格朗日数学规划技术将应力约束包括在内。水平集方法定义了机械零件的设计,并使用反应扩散方程将水平集函数更新为优化状态。为反应扩散方程提供的速度场的自然延伸允许在设计更新期间形成空穴核。将增广拉格朗日方法和水平集隐式边界结合起来处理局部应力约束,以获得无铰链柔性机构,这是本文的新颖之处。几个二维数值算例表明了该方法的有效性。特别是,通过一个实例分析了弱材料对柔顺机构设计的影响。水平集设计使最终解决方案能够在商业有限元代码中进行验证,而无需任何后期处理程序。 引用于10文件 MSC公司: 第74页第15页 固体力学优化问题的拓扑方法 关键词:拓扑优化;柔顺机构;水准仪;反应扩散方程;局部应力约束;增广拉格朗日函数 软件:阿尔根坎 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{H.Emmendoerfer jun.}等人,计算。方法应用。机械。工程362,文章ID 112777,27 p.(2020;Zbl 1439.74267) 全文: 内政部 参考文献: [1] 西格蒙德,O。;Maute,K.,《拓扑优化方法:比较综述》,《结构》。多磁盘。最佳。,48, 1031-1055 (2013) [2] Duysinx,P。;Bendsoe,M.P.,具有局部应力约束的连续体结构拓扑优化,国际。J.数字。方法工程,431997年6月,1453-1478(1998)·Zbl 0924.73158号 [3] 佩雷拉,J.T。;Fancello,E.A。;Barcellos,C.S.,具有材料失效约束的连续体结构拓扑优化,结构。多磁盘。最佳。,26, 50-66 (2004) ·Zbl 1243.74157号 [4] Cheng,G。;Guo,X.,结构拓扑优化中的e-relaxe方法,Struct。多磁盘。最佳。,13, 258-266 (1997) [5] Rozvany,G.I.N.,《关于设计相关约束和奇异拓扑》,结构。多磁盘。最佳。,21, 164-172 (2001) [6] Bruggi,M.,关于拓扑优化中应力约束松弛的替代方法,结构。多磁盘。最佳。,36, 2, 125-141 (2008) ·Zbl 1273.74397号 [7] Verart,A。;兰格拉尔,M。;van Keulen,F.,应力约束拓扑优化的统一聚合和松弛方法,结构。多磁盘。最佳。,55, 2, 663-679 (2017) [8] Fancello,E.A。;Pereira,J.T.,《考虑材料失效约束和多重荷载条件的结构拓扑优化》,拉丁美洲固体结构杂志。,1, 3-24 (2003) [9] Fancello,E.A.,考虑局部失效约束和接触边界条件的最小质量设计拓扑优化,结构。多磁盘。最佳。,32, 229-240 (2006) ·Zbl 1245.74071号 [10] Emmendoerfer-Jr,H。;Fancello,E.A.,局部应力约束拓扑优化的水平集方法,国际。J.数字。方法工程,99年4月,129-156(2014)·Zbl 1352.74238号 [11] 佩雷拉,A.d.A。;Cardoso,E.L.,关于局部和整体应力约束和过滤半径对无铰链柔顺机构设计的影响,Struct。多磁盘。最佳。,58, 2, 641-655 (2018) [12] Guilherme,C.E.M。;Fonseca,J.S.O.,具有e-松弛应力约束的连续体结构拓扑优化,(Alves,M.;da Costa Mattos,H.S.,《巴西固体力学》(2007),ABCM:巴西里约热内卢ABCM),239-250 [13] 帕里斯,J。;纳瓦里纳,F。;科罗米纳斯,I。;Casteleiro,M.,具有局部和整体应力约束的连续体结构拓扑优化,结构。多磁盘。最佳。,39, 419-437 (2009) ·Zbl 1274.74375号 [14] Moon,S.J。;Yoon,G.H.,一种新开发的用于单元连接性参数化的qp-松弛方法,用于实现几何非线性结构的基于应力的拓扑优化,计算。方法应用。机械。工程,265226-241(2013)·Zbl 1286.74076号 [15] Rong,J.H。;萧,T.T。;Yu,L.H。;荣,X.P。;Xie,Y.J.,基于主动约束技术的应力约束连续结构拓扑优化,国际。J.数字。方法工程(2016) [16] Kiyono,C.Y。;Vatanabe,S.L。;西尔瓦,E.C.N。;Reddy,J.N.,基于应力的拓扑优化设计的一种新的多p-范数公式化方法,Compos。结构。,156, 10-19 (2016) [17] 皮切利,R。;汤森,S。;C.布兰普顿。;诺拉托,J。;Kim,H.A.,用水平集方法进行基于应力的形状和拓扑优化,计算。方法应用。机械。工程,329,1-23(2018)·Zbl 1439.74294号 [18] 夏,L。;张,L。;夏,Q。;Shi,T.,使用双向进化结构优化方法的基于应力的拓扑优化,计算。方法应用。机械。工程,333,356-370(2018)·Zbl 1440.74322号 [19] Le,C。;诺拉托,J。;Bruns,T。;哈,C。;Tortorelli,D.,continua基于应力的拓扑优化,结构。多磁盘。最佳。,41, 4, 605-620 (2010) [20] 帕里斯,J。;纳瓦里纳,F。;科罗米纳斯,I。;Casteleiro,M.,结构拓扑优化中应力约束的块聚合,高级工程师软件。,41, 3, 433-441 (2010) ·Zbl 1303.74033号 [21] Lee,E。;James,K.A。;Martins,J.R.R.A.,设计相关荷载下的应力约束拓扑优化,结构。多磁盘。最佳。,46, 647-661 (2012) ·Zbl 1274.74362号 [22] 罗,Y。;Wang,M.Y。;Kang,Z.,局部应力约束拓扑优化的增强聚合方法,计算。方法应用。机械。工程师,254,31-41(2013)·Zbl 1297.74098号 [23] Holmberg,E。;托尔斯滕费尔,B。;Klarbring,A.,应力约束拓扑优化,结构。多磁盘。最佳。,48, 1, 33-47 (2013) ·Zbl 1274.74341号 [24] 罗,Y。;周,M。;Wang,M.Y。;Deng,Z.,具有局部失效约束的连续体结构基于可靠性的拓扑优化,计算。结构。,143, 73-84 (2014) [25] Sigmund,O.,《利用拓扑优化设计柔顺机构》,Mech。结构。马赫数。,25493-524(1997年) [26] 豪厄尔,L.L。;马格利比,S.P。;Olsen,B.M.,《顺应机制手册》(2013),威利:英国威利奇切斯特。 [27] Saxena,A。;Ananthasuresh,G.K.,考虑强度的柔顺机构拓扑优化,机械。结构。马赫数。,29, 2, 199-221 (2001) [28] Lopes,C.G。;Novotny,A.A.,基于拓扑导数概念的应力约束柔顺机构的拓扑设计,结构。多磁盘。最佳。,54, 737-746 (2016) [29] Leon,D.M。;Alexandersen,J。;Fonseca,J.S.O。;Sigmund,O.,柔顺机构设计的应力约束拓扑优化,结构。多磁盘。最佳。,52, 929-943 (2015) [30] S.R.迪帕克。;Dinesh,M。;Sahu,D.K。;Ananthasuresh,G.K.,柔顺机构拓扑优化的公式和基准问题的比较研究,J.Mech。机器人学,1,1-8(2008) [31] Cardoso,E.L。;Fonseca,J.S.O.,使用拓扑优化设计完全柔顺机构的应变能最大化方法,《拉丁美洲固体结构》。,1, 263-275 (2004) [32] 朱,B。;张,X。;Fatikow,S.,无铰链柔顺机构优化的多目标方法,结构。多磁盘。最佳。,49, 431-440 (2014) [33] 詹,J。;Luo,Y.,基于非概率场模型的材料不确定性无铰链柔顺机构的鲁棒拓扑优化,Front。机械。工程,14,2,201-212(2019) [34] 罗,J。;罗,Z。;陈,S。;吨,L。;Wang,M.Y.,无铰链柔顺机构系统设计的新水平集方法,计算。方法应用。机械。工程,198,318-331(2008)·Zbl 1194.74272号 [35] 朱,B。;Zhang,X.,分布式柔性机构拓扑优化的新水平集方法,国际。J.数字。方法工程,91,843-871(2012) [36] 朱,B。;张,X。;Wang,N。;Fatikow,S.,使用水平集方法对无铰链柔顺机构进行拓扑优化,工程优化。,46, 580-605 (2014) [37] 竹泽,A。;西瓦基,S。;Kitamura,M.,基于相场法和灵敏度分析的形状和拓扑优化,J.Compute。物理。,22972697-2718(2010),网址http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0021999109006962 ·Zbl 1185.65109号 [38] 夏,Q。;Shi,T.,柔顺机构的拓扑优化及其通过水平集方法的支持,计算。方法应用。机械。工程,305,359-375(2016)·Zbl 1425.74381号 [39] 达席尔瓦,G.A。;贝克,A.T。;Sigmund,O.,带应力约束和制造误差鲁棒性的柔顺机构拓扑优化,计算。方法应用。机械。工程,354397-421(2019)·Zbl 1441.74156号 [40] Otomori,M。;山田,T。;Izui,K。;Nishiwaki,S.,《利用数学编程对柔顺机构设计进行基于水平集的拓扑优化》,Mech。科学。,2, 91-98 (2011) [41] Meneghelli,L.R。;Cardoso,E.L.,使用拓扑优化设计具有应力约束的柔顺机构,(结构和部件优化(2013),瑞士施普林格国际出版公司),35-48 [42] Allaire,G。;Jouve,F.,用水平集方法进行最小应力优化设计,《工程分析》。已绑定。元素。,32, 909-918 (2008) ·Zbl 1244.74104号 [43] 楚,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,1-24(2017) [44] 山田,T。;Izui,K。;西瓦基,S。;Takezawa,A.,基于结合虚拟界面能量的水平集方法的拓扑优化方法,计算。方法应用。机械。工程,199,45-48,2876-2891(2010)·兹比尔1231.74365 [45] Sethian,J.A.,《水平集方法和快速推进方法:计算几何、流体力学、计算机视觉和材料科学中的进化接口》(1999),剑桥大学出版社:剑桥大学出版社,英国剑桥·Zbl 0973.76003号 [46] Osher,S。;Fedkiw,R.,(水平集方法和动态隐式曲面。水平集方法与动态隐式表面,应用力学评论,第153卷(2003),Springer:Springer New York)·兹比尔1026.76001 [47] Allaire,G。;Jouve,F。;Toader,A.M.,《使用灵敏度分析和水平集方法进行结构优化》,J.Compute。物理。,194, 363-393 (2004) ·Zbl 1136.74368号 [48] Wang,M.Y。;王晓明。;Guo,D.M.,结构拓扑优化的水平集方法,计算。方法应用。机械。工程,192,217-224(2003) [49] Emmendoerfer-Jr,H。;Fancello,E.A.,基于反应扩散水平集进化的局部应力约束拓扑优化,计算。方法应用。机械。工程,305,62-88(2016)·Zbl 1425.74373号 [50] Emmendoerfer-Jr,H。;Fancello,E.A。;Silva,E.C.N.,设计相关压力负载问题的水平集拓扑优化,国际。J.数字。方法工程,115,7,1-24(2018) [51] 小埃门多费尔,H。;西尔瓦,E.C.N。;Fancello,E.A.,设计相关压力载荷问题的应力约束水平集拓扑优化,计算。方法应用。机械。工程,344569-601(2019)·Zbl 1440.74292号 [52] Silva,G.A。;Cardoso,E.L.,不确定性下连续体结构基于应力的拓扑优化,计算。方法应用。机械。工程,313647-672(2017)·Zbl 1439.74264号 [53] Silva,G.A。;贝克,A.T。;Cardoso,E.L.,具有应力约束和载荷不确定性的连续体结构拓扑优化,国际。J.数字。方法工程,113153-178(2018) [54] 达席尔瓦,G.A。;Beck,A.T.,局部应力约束下连续体结构基于可靠性的拓扑优化,结构。多磁盘。优化。(2017) [55] Bertsekas,D.P.,《约束优化和拉格朗日乘子方法》(1996),雅典娜科学:雅典娜科技贝尔蒙特,美国马萨诸塞州。 [56] 伯金,E.G。;Martínez,J.M.,约束优化的实用增广拉格朗日方法(2014),SIAM·Zbl 1339.90312号 [57] Gurtin,M.E.,基于微力平衡的广义Ginzburg-Landau和Cahn-Hilliard方程,《物理学D》,92,178-192(1996)·Zbl 0885.35121号 [58] Gournay,F.,水平集方法的速度扩展和形状优化中的多重特征值,SIAM J.控制优化。,45, 1, 343-367 (2006) ·Zbl 1108.74046号 [59] de Sá,L.F.N。;罗梅罗,J.S。;O.Horikawa。;Silva,E.C.N.,拓扑优化在小型泵开发中的应用,结构。多磁盘。优化。(2018) [60] Chen,S.-k。;Wang,M.Y.,使用水平集方法的柔顺机构概念设计,Front。机械。中国工程,2131-145(2006) [61] 阿米戈·R。;Giusti,S.M。;Novotny,A.A。;西尔瓦,E.C.N。;Sokolowski,J.,屈张压电致动器的两个空间维度优化设计,SIAM J.控制优化。,54, 2, 760-789 (2016) ·Zbl 1382.74101号 [62] Giusti,S.M。;zóz先生。;Novotny,A.A。;Sokolowski,J.,热机械致动器的拓扑设计,结构。多磁盘。最佳。,55, 1575-1587 (2017) 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。