Влияние значений индекса надежности на результирующие конфигурации оптимизации топологии на основе надежности: численная проверка с помощью оптимизации формы

Ключевые слова: детерминированная оптимизация топологии, оптимизация топологии на основе надежности, градиентный метод

Аннотация

Введение. Классическая оптимизация топологии приводит к прогнозированию структурного типа и общей компоновки и дает приблизительное описание формы внешних, а также внутренних границ структуры. Однако модель оптимизации топологии на основе надежности (RBTO) создает несколько топологий с высоким уровнем производительности. Целью данной работы является изучение влияния изменений надежности на полученные топологии.
Материалы и методы. Разработанный градиентный метод (GBM) эффективно используется в качестве общего метода для нескольких приложений (статики и динамики). При рассмотрении нескольких уровней надежности можно получить несколько топологий. Для их сравнения оптимизация формы рассматривается как аспект детального проектирования.
Результаты исследования. Расчеты балки, подверженной распределенной нагрузке, выполнялись с помощью вычислительного приложения на MBB (Messerschmitt-Bölkow-Blohm). DTO-модель внесена без рассмотрения принципиальной схемы надежности. Однако для RBTO-модели учитывался интервал надежности, который произвел несколько топологий. Здесь случайность применяется к геометрии и параметрам материала. Применение алгоритма оптимизации формы приводит к уменьшению структурных объемов при повышении уровня надежности.
Обсуждение и заключение. Помимо упрощенной реализации, разработанная стратегия GBM может рассматриваться как генеративный инструмент для предоставления проектировщику нескольких решений. Оптимизация формы рассматривается как численная проверка важности различных результирующих макетов RBTO.

Биографии авторов

Гиас Харманда, Национальный институт прикладных наук Руана

исследователь лаборатории механики Нормандии, Национальный институт прикладных наук Руана (76801, Франция, г. Сент-Этьен-дю-Рувре, Авеню-дель-Университе, д. 685), доктор технических наук, ResearcherID: O-6690-2018

Имад Ризакалла Антибас, ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет»

доцент кафедры основ конструирования машин, ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет» (344000, Россия, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1), кандидат технических наук, ResearcherID: O-4789-2018

Алексей Геннадьевич Дьяченко, ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет»

доцент кафедры основ конструирования машин, ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет» (344000, Россия, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1), кандидат технических наук, ResearcherID: O-4796-2018

Литература

1. Bendsoe M.P., Kikuchi N. Generating Optimal Topologies in Optimal Design Using a Homogenization Method. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1988; 71(2):197-224. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/0045-7825(88)90086-2

2. Kharmanda G., Olhoff N., Mohamed A., Lemaire M. Reliability-Based Topology Optimization. Structural and Multidisciplinary Optimization. 2004; 26(5):295-307. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-003-0322-7

3. Kharmanda G., Lambert S., Kourdi N., et al. Reliability-Based Topology Optimization for Different Engineering Applications. International Journal of CAD/CAM. 2007; 7(1):61-69. Available at: http:// www.koreascience.or.kr/article/ArticleFullRecord.jsp?cn=E1CDBZ_2007_v7n1_61 (accessed 01.05.2019). (In Eng.)

4. Patel J., Choi S.K. Classification Approach for Reliability-Based Topology Optimization Using Probabilistic Neural Networks. Journal of Structural and Multidisciplinary Optimization. 2012; 45(4):529-543. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-011-0711-2

5. Wang L., Liu D., Yang Y., et al. A Novel Method of Non-Probabilistic Reliability-Based Topology Optimization Corresponding to Continuum Structures with Unknown but Bounded Uncertainties. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2017; 326:573-595. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.cma.2017.08.023

6. Eom Y.-S., Yoo K.-S., Park J.-Y., Han S.-Y. Reliability-Based Topology Optimization Using a Standard Response Surface Method for Three-Dimensional Structures. Journal of Structural and Multidisciplinary Optimization. 2011; 43(2):287-295. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-010-0569-8

7. Jalalpour M., Tootkaboni M. An Efficient Approach to Reliability-Based Topology Optimization for Continua under Material Uncertainty. Journal of Structural and Multidisciplinary Optimization. 2016; 53(4):759-772. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-015-1360-7

8. Kharmanda G. The Safest Point Method as an Efficient Tool for Reliability-Based Design Optimization Applied to Free Vibrated Composite Structures. Vestnik Donskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Vestnik of Don State Technical University. 2017; 17(2):46-55. (In Russ.) DOI: https://doi.org/10.23947/1992-5980-2017-17-2-46-55

9. Yaich A., Kharmanda G., El Hami A., Walh L., et al. Reliability-Based Design Optimization for Multiaxial Fatigue Damage Analysis Using Robust Hybrid Method. Journal of Mechanics. 2017; 34(5):551-566. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1017/jmech.2017.44

10. Kharmanda G., Antypas I.R., Dyachenko A.G. Inverse Optimum Safety Factor Method for Reliability-Based Topology Optimization Applied to Free Vibrated Structures. Inzhenernyye tekhnologii i sistemy = Engineering Technologies and Systems. 2019; 29(1):8-19. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.15507/2658-4123.029.201901.008-019

11. Bendsoe M.P. Optimal Shape Design as a Material Distribution Problem. Structural Optimization. 1989; 1(4):193-202. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/BF01650949

12. Bendsoe M.P., Sigmund O. Material Interpolations in Topology Optimization. Archive of Applied Mechanics. 1999; 69(9-10):635-654. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/s004190050248

13. Kharmanda G., Antypas I. Integration of Reliability Concept into Soil Tillage Machine Design. Vestnik Donskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Vestnik of Don State Technical University. 2015; (2):22-31. Available at: https://cyberleninka.ru/article/v/integration-of-reliability-concept-into-soil-tillage-machine- design (accessed 01.05.2019). (In Russ.)

14. Kharmanda G., Antypas I. Reliability-Based Design Optimization Strategy for Soil Tillage Equipment Considering Soil Parameter Uncertainty. Vestnik Donskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Vestnik of Don State Technical University. 2016; 16(2):136-147. (In Russ.) DOI: https://doi.org/10.12737/19690

15. Ibrahim M.-H., Kharmanda G., Charki A. Reliability-Based Design Optimization for Fatigue Damage Analysis. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015; 76(5-8):1021-1030. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-014-6325-2

16. Rozvany G.I.N., Zhou M., Birker T. Generalized Shape Optimization without Homogenization. Structural Optimization. 1992; 4(3-4):250-252. Available at: https://link.springer.com/content/ pdf/10.1007%2FBF01742754.pdf (accessed 01.05.2019). (In Eng.)

17. Zhou M., Rozvany G.I.N. The COC Algorithm, Part II: Topological, Geometrical and Generalized Shape Optimization. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1991; 89(1-3):309-336. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/0045-7825(91)90046-9

18. Rozvany G.I.N., Bendsee M.P., Kirsch U. Addendum “Layout Optimization of Structures”. Applied Mechanics Reviews. 1995; 48(2):41-119. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1115/1.3101884

19. Duysinx P., Van Miegroet L., Jacobs T., Fleury C. Generalized Shape Optimization Using XFEM and Level Set Methods. Solid Mechanics and its Applications. 2006; 137:23-32. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/1-4020-4752-5_3

20. Madsen S., Lange N.P., Giuliani L., et al. Topology Optimization for Simplified Structural Fire Safety. Engineering Structures. 2016; 124:333-343. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.06.018

21. Rostami S.A.L., Ghoddosian A. Topology Optimization under Uncertainty by Using the New Collocation Method. Periodica Polytechnica Civil Engineering. 2019; 63(1):278-287. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.3311/PPci.13068
Опубликован
2021-06-22
Выпуск
Том 29 № 3 (2019): Инженерные технологии и системы
Раздел
Информатика, вычислительная техника и управление