کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
6929370 1449362 2017 28 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Topology optimization of hyperelastic structures using a level set method
ترجمه فارسی عنوان
بهینه سازی توپولوژیک ساختارهای پراکندگی با استفاده از روش مجموعه ای سطح
کلمات کلیدی
بهینه سازی توپولوژی، بیش فعالی، غیر خطی هندسی، روش تعیین سطح، مشتق مواد بار لرزش بحرانی،
ترجمه چکیده
مواد لاستیکی نرم، به علت انطباق ذاتی آنها، در پیاده سازی گسترده در انواع برنامه های کاربردی از جمله فن آوری های پوشیدنی کمک به ربات های مواد نرم. طراحی ساختاری چنین مواد نرم و لاستیک نیازمند در نظر گرفتن تغییرات غیر خطی بزرگ و مدل های مواد پراکنده است که به طور دقیق می توانند رفتار مکانیکی آنها را پیش بینی کنند. در این مقاله، ما یک روش بهینه سازی توپولوژیک مبتنی بر مجموعه ای موثر برای طراحی ساختارهای پراپرازشی که تحت تغییر شکل های بزرگ قرار می گیرند، ارائه می کنیم. این روش شامل هر دو غیر خطی هندسی و مواد است که در آن اندازه گیری های فشار و استرس در کل چارچوب لاگرانژ تعریف شده است و پیکرپلاستی با مدل مونی - ریویلین به طور گسترده پذیرفته شده است. تجزیه و تحلیل حساسیت شکل، در مفهوم دقیق مشتق مواد انجام می شود، جایی که اصطلاحات مرتبه بالا شامل شیب جابجایی برای اطمینان از جهت فرود، حفظ می شود. همانطور که سرعت طراحی به شکل مشتق شده از لحاظ درجه گرادیان و واگرایی آن وارد می شود، ما یک استراتژی انتخاب گسسته گرا را ایجاد می کنیم. کل اجرای بهینه سازی، یک فرآیند دو مرحله ای است که در آن بهینه سازی خطی برای اولین بار انجام می شود و راه حل بهینه شده آن به عنوان طرح اولیه برای بهینه سازی غیر خطی بعدی عمل می کند. به نظر می رسد که این عملیات می تواند به طور موثری بی ثباتی عددی را کاهش دهد و روند بهینه سازی را تسهیل کند. برای اثبات روایی و اثربخشی روش پیشنهادی، سه مسأله بهینه سازی کمینه سازی مورد مطالعه قرار گرفته است و راه حل های بهینه سازی آنها مزایای مکانیکی مهمی در ترکیب ناهماهنگی را از نظر افزایش قابل توجه در نه تنها سختی ساختاری بلکه بار بارکلی بحرانی نشان می دهد.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه مهندسی کامپیوتر نرم افزارهای علوم کامپیوتر
پیش نمایش مقاله
بهینه سازی توپولوژیک ساختارهای پراکندگی با استفاده از روش مجموعه ای سطح
چکیده انگلیسی
Soft rubberlike materials, due to their inherent compliance, are finding widespread implementation in a variety of applications ranging from assistive wearable technologies to soft material robots. Structural design of such soft and rubbery materials necessitates the consideration of large nonlinear deformations and hyperelastic material models to accurately predict their mechanical behaviour. In this paper, we present an effective level set-based topology optimization method for the design of hyperelastic structures that undergo large deformations. The method incorporates both geometric and material nonlinearities where the strain and stress measures are defined within the total Lagrange framework and the hyperelasticity is characterized by the widely-adopted Mooney-Rivlin material model. A shape sensitivity analysis is carried out, in the strict sense of the material derivative, where the high-order terms involving the displacement gradient are retained to ensure the descent direction. As the design velocity enters into the shape derivative in terms of its gradient and divergence terms, we develop a discrete velocity selection strategy. The whole optimization implementation undergoes a two-step process, where the linear optimization is first performed and its optimized solution serves as the initial design for the subsequent nonlinear optimization. It turns out that this operation could efficiently alleviate the numerical instability and facilitate the optimization process. To demonstrate the validity and effectiveness of the proposed method, three compliance minimization problems are studied and their optimized solutions present significant mechanical benefits of incorporating the nonlinearities, in terms of remarkable enhancement in not only the structural stiffness but also the critical buckling load.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Journal of Computational Physics - Volume 351, 15 December 2017, Pages 437-454
نویسندگان
, , , ,