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HYIMFO:叠层压电复合材料致动器中优化纤维取向角的混合方法。 (英语) Zbl 1502.74040号

摘要:由于复合材料组件的组合所具有的优势,许多工程应用都采用复合材料。纤维增强复合材料是一种特殊的复合材料,可以通过调整纤维的方向来设计优化的结构。因此,现在已经开发了新的添加剂制造技术。这些工具允许制造使用优化算法设计的纤维增强结构。因此,在最近的文献中,有几项工作确定了复合材料结构中的最佳纤维取向,其中基于梯度的方法因其效率更高而引人注目。使用基于梯度的方法确定光纤方向有两种主要方法:连续光纤角度优化(CFAO),其中角度是设计变量,通常存在局部极小值问题;离散光纤角度插值模型,其中考虑了候选角度先验的并利用加权函数选择其中一个作为优化角度。本工作提出了一种名为HYMFO的方法,该方法使用了这两种方法的组合。为了验证该方法的有效性,采用离散方法DMO、HPDMO、BCP和NDFO、连续方法SPIMFO和新提出的混合方法,采用几种网格离散方法求解了叠层压电复合材料致动器(LAPA)的两个设计问题。因此,在结构设计中,该方法没有用传统的最大刚度问题进行评估。提出了一种新的光纤正交正则化方法,通过在相邻光纤之间施加指定的最大角度,促进了光纤分布中连续路径的出现。根据结构的性能和计算成本进行比较分析,以确定每种情况下最合适的方法。

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74英尺15英寸 固体力学中的电磁效应
第74页第10页 固体力学中其他性质的优化
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参考文献:

[1] Mallick,P.K.,《纤维增强复合材料:材料、制造和设计》,638(2007),CRC出版社
[2] Mostafaei,A。;海达尔扎德,A。;Brabazon,D.,金属基复合材料的增材制造,(材料科学与材料工程参考模块(2020),爱思唯尔)
[3] Stegmann,J。;Lund,E.,通用复合材料壳体结构的离散材料优化,国际。J.数字。方法工程,62,142009-2027(2005)·兹比尔1118.74343
[4] 瑟伦森,S.N。;Lund,E.,层压复合材料的拓扑和厚度优化,包括制造约束,结构。多磁盘。最佳。,48, 2, 249-265 (2013)
[5] Bruyneel,M。;贝根,C。;克雷维尔,G。;Grihon,S。;Sosonkina,M.,基于连续优化方法的恒定刚度层压板堆叠顺序优化,结构。多磁盘。最佳。,46, 6, 783-794 (2012)
[6] Pedersen,P.,《关于正交异性材料的厚度和方向设计》,结构。最佳。,3, 2, 69-78 (1991)
[7] 伦德,E。;Stegmann,J.,《使用离散本构参数化对复合壳体结构进行结构优化》,风能:国际期刊。申请。风力发电转换。技术。,8, 1, 109-124 (2005)
[8] 高,T。;张伟。;Duysinx,P.,复合材料层压板离散优化定向设计的双值编码参数化方案,国际。J.数字。方法工程,91,1,98-114(2012)·Zbl 1246.74043号
[9] Lee,J。;Kim,D。;野村,T。;Dede,E.M。;Yoo,J.,功能梯度纤维增强复合材料结构连续和离散定向设计的拓扑优化,Compos。结构。,201, 217-233 (2018)
[10] 埃斯波西托。;Cutolo,A。;Barile,M。;莱切,L。;Mensiteri,G。;Sacco,E。;Fraldi,M.,《通过自动纤维铺放实现的复合材料拓扑优化导向硬化》,复合材料B,164,309-323(2019)
[11] Safonov,A.A.,通过自然进化方法对连续纤维增强结构进行三维拓扑优化,Compos。结构。,215, 289-297 (2019)
[12] Jantos,D.R。;哈克尔,K。;Junker,P.,各向异性材料的拓扑优化,包括平滑光纤路径的过滤器,Struct。多磁盘。最佳。,1-20(2020年)
[13] 施密特,M.-P。;库雷特,L。;痛风,C。;Pedersen,C.B.,具有平滑变化纤维方向的结构拓扑优化,结构。多磁盘。最佳。,1-22 (2020)
[14] 苏亚雷斯,C。;科雷亚,V。;马特乌斯,H。;Herskovits,J.,使用两级方法优化薄复合材料板壳结构设计的离散模型,Compos。结构。,30, 2, 147-157 (1995)
[15] 苏亚雷斯,C。;苏亚雷斯,C。;Mateus,H.,薄层压板壳结构静态、动态和屈曲性能优化设计模型,Compos。结构。,32, 1-4, 69-79 (1995)
[16] Bruyneel,M。;Fleury,C.,《使用顺序凸规划进行复合材料结构优化》,高级工程软件。,33, 7-10, 697-711 (2002) ·Zbl 1023.74501号
[17] Luo,J.H。;Gea,H.C.,三维壳/板结构的最佳焊道方向,有限元。分析。设计。,31, 1, 55-71 (1998) ·Zbl 0922.73040号
[18] Pedersen,N.L.,《关于光纤网的设计和板的本征频率优化方向》,计算。机械。,39, 1, 1-13 (2005) ·Zbl 1168.74421号
[19] Khosravi,P。;Sedaghati,R.,使用优化标准设计最佳纤维方向和层厚的层压复合材料结构,结构。多磁盘。最佳。,36, 2, 159-167 (2008)
[20] 皮亚特,R。;辛查克,Y。;瓦索亚,M。;Sigmund,O.,《具有层状微结构的金属-陶瓷复合材料的最小顺应性设计》,《材料学报》。,59, 12, 4835-4846 (2011)
[21] Kim,J.-S。;Kim,C.-G。;Hong,C.-S.,使用遗传算法和专家系统外壳进行层降复合材料结构的优化设计,Compos。结构。,46, 2, 171-187 (1999)
[22] 沃克,M。;Smith,R.,《使用遗传算法和有限元分析的层压复合材料结构多目标优化技术》,Compos。结构。,62, 1, 123-128 (2003)
[23] António,C.A.C.,混合复合材料多模态优化设计的年龄结构层次遗传算法,结构。多磁盘。最佳。,31208-294(2006年)
[24] Keller,D.,通过混合、异步、并行进化算法优化层压复合材料结构的铺层角度,Compos。结构。,92, 11, 2781-2790 (2010)
[25] Sigmund,O.,关于非梯度方法在拓扑优化中的有用性,结构。多磁盘。最佳。,43, 5, 589-596 (2011) ·Zbl 1274.74390号
[26] 刘,B。;哈夫特卡,R。;Trompette,P.,使用弯曲层压参数的复合材料面板屈曲载荷的最大化,结构。多磁盘。最佳。,26, 1-2, 28-36 (2004)
[27] Ijsselmuiden,S.T。;阿卜杜拉,M.M。;Gürdal,Z.,在叠片参数设计空间中基于强度的失效标准的实施,AIAA J.,46,7,1826-1834(2008)
[28] de Faria,A.R.,《使用基于层压参数的离散方法优化多荷载工况下的复合材料结构》,国际。J.数字。方法工程,104,9,827-843(2015)·Zbl 1352.74087号
[29] Bohrer,R.Z.G。;阿尔梅达,S.F.M。;Donadon,M.V.,《使用层压参数优化承受屈曲和小质量冲击的复合板》,Compos。结构。,120, 141-152 (2015)
[30] Hvejsel,C.F。;Lund,E.,《统一拓扑和多材料优化的材料插值方案》,结构。多磁盘。最佳。,43, 6, 811-825 (2011) ·Zbl 1274.74344号
[31] Hvejsel,C.F。;伦德,E。;Stolpe,M.,离散多材料刚度优化的优化策略,结构。多磁盘。最佳。,44, 2, 149-163 (2011)
[32] Lund,E.,层压多材料复合材料壳体结构的屈曲拓扑优化,Compos。结构。,91, 2, 158-167 (2009)
[33] Topal,U.,层压复合材料圆柱壳最大频率和屈曲载荷的多目标优化,Mater。设计。,30, 7, 2584-2594 (2009)
[34] Lindgaard,E。;Lund,E.,复合材料结构非线性屈曲优化的统一方法,计算。结构。,89, 3-4, 357-370 (2011)
[35] 牛,B。;Shan,Y。;Lund,E.,振动复合板和附加压电纤维复合材料补片的离散材料优化,结构。多磁盘。最佳。,60, 5, 1759-1782 (2019)
[36] 段,Z。;严,J。;Zhao,G.,基于离散材料模型的Heaviside惩罚的复合材料材料和结构集成优化,结构。多磁盘。最佳。,第51页,第3721-732页(2015年)
[37] 罗,Y。;Chen,W。;刘,S。;李强。;Ma,Y.,用于同时优化结构拓扑和连续材料取向的离散连续参数化(DCP),Compos。结构。,236,第111900条,第(2020)页
[38] Bruyneel,M.,SFP——一种基于形状函数的新参数化,用于优化材料选择:应用于传统复合材料层,Struct。多磁盘。最佳。,43, 1, 17-27 (2010)
[39] Kiyono,C。;西尔瓦,E。;Reddy,J.,一种基于具有连续变化光纤路径的正态分布函数的新型光纤优化方法,Compos。结构。,160, 503-515 (2017)
[40] 达席尔瓦,A.L.F。;萨拉斯,R.A。;西尔瓦,E.C.N。;Reddy,J.N.,超弹性复合材料中纤维取向的拓扑优化,Compos。结构。,231,第111488条pp.(2020)
[41] Jantos,D.R。;容克,P。;Hackl,K.,基于演化方程的各向异性材料的优化生长和重新定向,计算。机械。,62, 1, 47-66 (2018) ·Zbl 1462.74131号
[42] 萨拉斯,R.A。;拉米雷兹·吉尔(F.J.Ramírez-Gil)。;蒙特雷格里·鲁比奥,W。;西尔瓦,E.C.N。;Reddy,J.N.,考虑纤维方向的叠层压电复合材料多元致动器的优化动态设计,计算。方法应用。机械。工程,335223-254(2018)·Zbl 1440.74275号
[43] 野村,T。;川本,A。;Kondoh,T.公司。;Dede,E.M。;Lee,J。;Song,Y。;Kikuchi,N.,通过张量场变量拓扑优化进行结构和纤维取向的反向设计,复合材料B,176,2月,第107187条,pp.(2019)
[44] 艾哈迈德,S。;铁杆,B.M。;Zienkiewicz,O.C.,用弯曲有限元分析厚壳和薄壳结构,国际。J.数字。方法工程,2,3,419-451(1970)
[45] Reddy,J.N.,《层压复合材料板壳的力学:理论与分析》,856(2003),CRC出版社:佛罗里达州博卡拉顿CRC出版社
[46] 科格尔,M。;Bucalem,M.,使用压电MITC板壳元件的智能层压板分析,计算。结构。,83, 15-16, 1153-1163 (2005)
[47] 科格尔,M。;Bucalem,M.,压电MITC板元件家族,计算。结构。,83, 15-16, 1277-1297 (2005)
[48] 库克·R·D。;马尔库斯,D.S。;Plesha,M.E。;Witt,R.J.,《有限元分析的概念和应用》,719(2001),John Wiley&Sons Inc。
[49] 笛卡尔,R.,《勒内·笛卡尔的几何学》(David Eugene Smith和Marcia Latham翻译),第256页(1954年),多佛出版公司:多佛出版有限公司,纽约州纽约市·兹比尔0057.24107
[50] IEEE标准754-2008《浮点运算》,1-58(2008),IEEE标准75 4-2008
[51] 伦德,E。;Stegmann,J.,关于使用离散本构参数化的复合材料壳体结构的结构优化,风能,8,1109-124(2005)
[52] 英国,H.W。;汉克,M。;Neubaer,A.,反问题的正则化,322(1996),Kluwer学术出版社:Kluwer-学术出版社Dordrecht·Zbl 0859.65054号
[53] Hansen,P.C.,秩亏和离散不适定问题:线性反演的数值方面,263(1998),工业和应用数学学会
[54] 瑟伦森,R。;Lund,E.,用于离散材料优化方法的平面内材料过滤器,结构。多磁盘。最佳。,52, 4, 645-661 (2015)
[55] 托马斯·G·B。;Finney,R.L.,《微积分与解析几何》,1264(1996),Addison-Wesley出版公司:Addison-Whesley出版公司,纽约
[56] 西格蒙德,O。;Petersson,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的调查》,结构。最佳。,16, 1, 68-75 (1998)
[57] 达席尔瓦,A.L.F。;萨拉斯,R.A。;Silva,E.C.N.,使用SPIMFO方法对复合超弹性材料进行拓扑优化,麦加尼卡,56,2,417-437(2021)·Zbl 1521.74178号
[58] 安德烈森,E。;克劳森,A。;Schevenels,M。;拉扎罗夫,B.S。;Sigmund,O.,使用88行代码在MATLAB中进行高效拓扑优化,结构。多磁盘。最佳。,43, 1, 1-16 (2011) ·Zbl 1274.74310号
[59] Sigmund,O.,用于拓扑优化的基于形态学的黑白滤波器,结构。多磁盘。最佳。,33, 4-5, 401-424 (2007)
[60] 牛,B。;奥尔霍夫,N。;伦德,E。;Cheng,G.,振动叠层复合板最小声辐射的离散材料优化,国际固体结构杂志。,47, 16, 2097-2114 (2010) ·Zbl 1194.74254号
[61] 拉扎罗夫,B.S。;Sigmund,O.,基于亥姆霍兹型微分方程B的拓扑优化滤波器,国际。J.数字。方法工程,86,6,765-781(2011)·Zbl 1235.74258号
[62] Poulsen,T.,拓扑优化中防止棋盘图案和单节点连接铰链的简单方案,Struct。多磁盘。最佳。,24, 5, 396-399 (2002)
[63] 巴内特·D·M。;Lothe,J.,各向异性压电绝缘体中的位错和线电荷,Phys。地位索里达B,67,1,105-111(1975)
[64] 萨拉斯,R.A。;F.J.拉米雷斯。;蒙特雷格里·鲁比奥,W。;西尔瓦,E.C.N。;Reddy,J.N.,《与电路耦合的多元叠层压电复合材料能量收集装置瞬态设计的拓扑优化公式》,国际。J.数字。方法工程,113,8,1370-1410(2018)
[65] 哈夫特卡,R.T。;Gürdal,Z.,(结构优化要素.结构优化要素,固体力学及其应用,第11期(1992),Springer),500·兹比尔0782.73004
[66] 本德瑟,M.P。;Sigmund,O.,《拓扑优化:理论、方法和应用》,370(2004),Springer:Springer-Blin·Zbl 1059.74001号
[67] Hughes,T.J.R.,《有限元方法:线性静态和动态有限元分析》,803(1987),普伦蒂斯·霍尔:新泽西州普伦蒂斯霍尔·Zbl 0634.73056号
[68] 格兰特,M.C。;Boyd,S.P.,(非光滑凸程序的图形实现。非光滑凸编程的图形实现,控制和信息科学讲义,第371卷(2008),Springer-Verlag Limited:Springer-Verlag Limited London),95-110·Zbl 1205.90223号
[69] 格兰特,M。;Boyd,S.,Cvx:用于规则凸编程的Matlab软件,2.1版(2015),URLhttp://cvxr.com/cvx
[70] 科尔曼,T.H。;Leiserson,C.H。;铆钉,R。;Stein,C.,《算法导论》,1312(2009),麻省理工学院出版社:麻萨诸塞州剑桥·Zbl 1187.68679号
[71] Pedersen,P.,《正交异性材料固体弹性能的界限》,结构。最佳。,2,1,55-63(1990年)
[72] Omotehinwa,T.O。;Ramon,S.O.,《数学和科学中的斐波那契数和黄金比率》,国际计算杂志。技术信息。,2、4、630-638(2013),网址网址:http://www.ijcit.com/index.php/ijcit/Vol2Issue4
[73] Minarova,N.,《斐波纳契序列:大自然的小秘密》,CRIS-Bull。美分。Res.Interdiscip公司。研究,2014年1月7日至17日(2014年)
[74] 高,N。;Zhang,Y。;谢,C.,《圆形斐波那契光栅》,应用。选择。,50、31、G142-G148(2011)
[75] Monsoriu,J.A。;Calatayud,A。;雷蒙,L。;W.D.Furlan。;Saavedra,G。;Andrés,P.,双焦斐波那契衍射透镜,IEEE Photonics J.,5,3(2013)
[76] El-Sheikh,M.A.,《斐波纳契兼容手指设计》,国际期刊Artif。器官,39,9,491-496(2016)
[77] 李,Z。;Togn,X.,《离散元方法和斐波那契数列在香蕉筛上的应用》,J.Eng.Des。技术。,15, 1, 2-12 (2017)
[78] Ge,X。;Wang,H。;刘,S。;李,Z。;唐,X。;Pu,J.,fibonacci序列和lucas序列在马桶虹吸管形状设计中的应用,J.Eng.Technol。科学。,51, 4, 463-478 (2019)
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