کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
6703015 1428506 2018 17 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Topology optimization for continuous and discrete orientation design of functionally graded fiber-reinforced composite structures
ترجمه فارسی عنوان
بهینه سازی توپولوژیک برای طراحی مداوم و گسسته جهت ساختارهای کامپوزیت تقویت شده با فیبر کارآمد
کلمات کلیدی
مواد کامپوزیتی، بهینه سازی توپولوژی، طراحی جهت، عملکردی درجه بندی شده، کمینه سازی، مکانیسم مطابقت،
ترجمه چکیده
این مقاله یک روش بهینه سازی توپولوژی برای طراحی پی در پی طرح بندی مواد و جهت گیری فیبر را در ساختارهای کامپوزیتی تقویت شده با فایبر گلاس ارائه می دهد. به طور خاص، روش پیشنهادی می تواند طرح ساختاری مطلوب مواد ماتریس و فیبر را همراه با جهت گیری فیبر گسسته مطلوب پیدا کند. در این روش، یک متغیر طراحی جهت گیری در سیستم مختصات دکارتی با یک متغیر طراحی تراکم معمولی مورد استفاده قرار می گیرد. متغیر طراحی جهت گیری، نه تنها جهت گیری فیبر، بلکه همچنین میزان فیبر را کنترل می کند. کنترل کسری حجم فیبر می تواند برای تمیز کردن مسئله طراحی جهت گیری استفاده شود و همزمان یک طرح ساختاری درجه بندی شده از مواد فیبر را طراحی کند. برای جلوگیری از جهت گیری های فیبر متوسط ​​و دستیابی به طراحی جهت گیری فیبر گسسته، یک طرح جریمه به متغیر طراحی جهت گیری اعمال می شود. برای حل مشکل بهینه سازی که شامل متغیرهای طراحی چندگانه مانند متغیر چگالی، متغیر جهت گیری فیبر و تنظیم جهت گسسته گسسته است، یک روش بهینه سازی ترتیب سه مرحله ای پیشنهاد شده است. در این روش، نتیجه برای هر مرحله، طراحی طراحی ایزوتراپی، طراحی جهت گیری فیبر مستمر و طراحی جهت گسسته ی عملکردی را به ترتیب فراهم می کند. برای تأیید اثربخشی رویکرد پیشنهادی، نمونه های عددی برای کمینه ساز ساختن سازه و طراحی سازه سازگار ارائه شده است.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه سایر رشته های مهندسی مهندسی عمران و سازه
پیش نمایش مقاله
بهینه سازی توپولوژیک برای طراحی مداوم و گسسته جهت ساختارهای کامپوزیت تقویت شده با فیبر کارآمد
چکیده انگلیسی
This paper presents a topology optimization method for the sequential design of material layout and fiber orientation in functionally graded fiber-reinforced composite structures. Specifically, the proposed method can find the optimal structural layout of matrix and fiber materials together with optimal discrete fiber orientations. In this method, an orientation design variable in the Cartesian coordinate system is employed with a conventional density design variable. The orientation design variable controls not only the fiber orientation, but also fiber volume fraction. The fiber volume fraction control can be used to relax the orientation design problem and simultaneously design a functionally graded structural layout of fiber material. To avoid intermediate fiber orientations and achieve discrete fiber orientation design, a penalization scheme is applied to the orientation design variable. For solving the optimization problem which involves multiple design variables such as the density variable, fiber orientation variable, and target discrete orientation set, a three-step sequential optimization procedure is proposed. In this procedure, the result for each step provides the isotropic design, continuous fiber orientation design, and functionally graded discrete orientation design, respectively. To validate the effectiveness of the proposed approach, numerical examples for structural compliance minimization and compliant mechanism design are provided.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Composite Structures - Volume 201, 1 October 2018, Pages 217-233
نویسندگان
, , , , ,