A full-scale topology optimization method for surface fiber reinforced additive manufacturing parts

拓扑优化 拓扑(电路) 纤维 平滑的 材料科学 投影(关系代数) 计算机科学 结构工程 复合材料 数学 有限元法 算法 工程类 计算机视觉 组合数学
作者
Shuzhi Xu,Ji‐Kai Liu,Xinming Li,Yongsheng Ma
出处
期刊:Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering [Elsevier BV]
卷期号:401: 115632-115632 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.cma.2022.115632
摘要

Additive manufacturing provides new design space for fiber-reinforced composite structures given the flexibility in fiber layout and substrate material distribution. Hence, the present research develops a topology optimization method dedicated for surface fiber reinforcement design. The targeting part is composed of fiber contents reinforcing the boundary contour and isotropic substrate materials infilling the structural interior. The idea of full-scale modeling of the fiber contents and the approach of addressing the bi-modulus reinforcement effect are highlighted. Specifically, under the SIMP framework, the fiber contents (including the fiber materials and the wrapping matrix materials) are identified through boundary layer extraction with double layers of density smoothing and projection, and the reinforcement fiber materials are recognized through analytical skeleton extraction from the boundary layer. In this manner, constant-thickness fiber contents are modeled and more importantly, stringently incorporated into the topology optimization problem formulation. Both the boundary layer thickness and the fiber reinforcement thickness can be explicitly controlled by modifying the projection threshold parameters. Compliance minimization problems are considered in the current study. Sensitivities of the objective and constraint functions are derived to guide the design update. Several numerical and experimental examples are provided to demonstrate the validity and effectiveness of the proposed method, especially disclosing the impact on the derived topological structures by incorporating boundary layer fibers.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
王佳亮完成签到,获得积分10
3秒前
5秒前
冷傲雁菡发布了新的文献求助20
11秒前
风趣朝雪完成签到,获得积分10
13秒前
likexin完成签到,获得积分10
14秒前
rkay完成签到,获得积分10
16秒前
NZH关闭了NZH文献求助
16秒前
爱我不上火完成签到 ,获得积分10
17秒前
haiyingaimer完成签到 ,获得积分10
17秒前
十八完成签到 ,获得积分10
17秒前
称心的映容完成签到 ,获得积分10
18秒前
wobisheng完成签到,获得积分10
20秒前
kk完成签到,获得积分10
22秒前
深情安青应助绿眼虫采纳,获得10
22秒前
冷傲雁菡完成签到,获得积分20
24秒前
leo完成签到,获得积分10
28秒前
28秒前
吉吉完成签到,获得积分10
34秒前
绿眼虫发布了新的文献求助10
36秒前
热带蚂蚁完成签到 ,获得积分10
37秒前
小齐爱科研完成签到,获得积分10
38秒前
凡凡完成签到,获得积分10
41秒前
噗愣噗愣地刚发芽完成签到 ,获得积分10
41秒前
小六子完成签到,获得积分10
42秒前
婉莹完成签到 ,获得积分0
42秒前
小李子完成签到 ,获得积分10
57秒前
一颗糖炒栗子完成签到,获得积分10
1分钟前
丘比特应助LIUS采纳,获得10
1分钟前
橙子完成签到,获得积分20
1分钟前
水煮鱼完成签到,获得积分10
1分钟前
张图门完成签到 ,获得积分10
1分钟前
天天快乐应助Leo采纳,获得10
1分钟前
我独舞完成签到 ,获得积分10
1分钟前
傲娇斑马完成签到 ,获得积分10
1分钟前
ZHANG完成签到 ,获得积分10
1分钟前
爱上学的小金完成签到 ,获得积分10
1分钟前
黑大侠完成签到 ,获得积分0
1分钟前
YJ完成签到,获得积分0
1分钟前
lzjz完成签到 ,获得积分10
1分钟前
照亮世界的ay完成签到,获得积分10
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
AnnualResearch andConsultation Report of Panorama survey and Investment strategy onChinaIndustry 1000
卤化钙钛矿人工突触的研究 1000
Engineering for calcareous sediments : proceedings of the International Conference on Calcareous Sediments, Perth 15-18 March 1988 / edited by R.J. Jewell, D.C. Andrews 1000
Continuing Syntax 1000
Signals, Systems, and Signal Processing 610
2026 Hospital Accreditation Standards 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6262586
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8084703
关于积分的说明 16891484
捐赠科研通 5333193
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2838938
邀请新用户注册赠送积分活动 1816348
关于科研通互助平台的介绍 1670131