کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
6915348 1447396 2018 24 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Buckling strength topology optimization of 2D periodic materials based on linearized bifurcation analysis
ترجمه فارسی عنوان
بهینه سازی توپولوژیکی قدرت تابش از مواد دوبعدی دوره ای بر اساس تجزیه و تحلیل خطی شده دوبعدی
کلمات کلیدی
ترجمه چکیده
مواد سلولی کم تراکم ممکن است خواص مکانیکی عالی و کاربرد گسترده ای در طراحی سبک و ساختار پرکننده برای تولید افزودنی ارائه دهند، در حالیکه ساختارهای موجود در حال حاضر از لحاظ استحکام فشاری هنوز دور از حد خود هستند. برای بررسی پتانسیل موجود، این مقاله چارچوب بهینه سازی توپولوژی را برای طراحی مواد سلولی دوره ای با قدرت حداکثر تحت بار فشرده ارائه می دهد. تحت این شرایط، عامل محدود کننده قدرت مکانیسم شکست شکست بیسانی در میکروساختار است. به منظور پیش بینی خم شدن ریزساختار، یک مدل ساده بر اساس نظریه همگن شدن، یک معیار پایداری خطی شده و نظریه فلوک-بلوچ استفاده شده است. در ادامه، یک مشکل بهینه سازی توپولوژیکی مبتنی بر شیب به دست آمده برای به حداکثر رساندن قدرت لرزش بحرانی ترین حالت شکست می باشد. چارچوب برای بهینه سازی میکرو سازه های مربعی، مثلثی و شش ضلعی برای سه شرایط مختلف بارگذاری ماکروسکوپی از جمله بارگیری دوجداره، دو طرفه و برشی مورد استفاده قرار می گیرد و ارزیابی عملکرد با محاسبه سطوح شکست در فضای استرس ماکروسکوپی انجام می شود. در تمام موارد، طرح های بهینه سازی شده به عنوان یک ریز ساختار سلسله مراتبی درجه اول می شوند که باعث بهبود قابل توجهی از قدرت در مقایسه با طرح های اولیه صفر می شود، اما سود آن به هزینه کاهش سختی می رسد. علاوه بر این، نشان داده شده است که چگونه اعمال محدودیت های تقارن هندسی می تواند برای کنترل شکل سطوح شکست استفاده شود.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه مهندسی کامپیوتر نرم افزارهای علوم کامپیوتر
پیش نمایش مقاله
بهینه سازی توپولوژیکی قدرت تابش از مواد دوبعدی دوره ای بر اساس تجزیه و تحلیل خطی شده دوبعدی
چکیده انگلیسی
Low density cellular materials may offer excellent mechanical properties and find wide applicability in lightweight design and infill structures for additive manufacturing, yet currently existing material structures are still far away from their theoretical limit in terms of compressive strength. To explore the existing potential, this paper presents a topology optimization framework for designing periodic cellular materials with maximized strength under compressive loading. Under this condition, the limiting factor of strength is the failure mechanism of buckling instability in the microstructure. In order to predict microstructural buckling, a simplified model based on homogenization theory, a linearized stability criterion and Floquet-Bloch theory is employed. Subsequently, a gradient-based topology optimization problem is formulated to maximize the buckling strength of the most critical failure mode. The framework is utilized to optimize square, triangular and hexagonal microstructures for three different macroscopic load conditions including biaxial, uniaxial and shear loading, and performance assessments are conducted by computation of associated failure surfaces in macroscopic stress space. In all cases, the optimized designs turn out to be first-order hierarchical type microstructures which offer major improvements of strength compared to the initial zero-order designs, however, the gains come at the cost of reductions in stiffness. Furthermore, it is illustrated how imposing geometric symmetry constraints can be exploited to control the shape of the failure surfaces.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering - Volume 339, 1 September 2018, Pages 115-136
نویسندگان
, , ,