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 组合数学 计算机视觉
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.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

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
刚刚
玺月洛离完成签到,获得积分10
刚刚
刚刚
愉快书琴完成签到,获得积分10
刚刚
思源应助Zlinco采纳,获得10
1秒前
xzz完成签到,获得积分10
1秒前
Xu_W卜完成签到,获得积分10
1秒前
xavier完成签到,获得积分10
2秒前
细心的盼易完成签到 ,获得积分10
3秒前
浮游应助shinble采纳,获得10
4秒前
大椒完成签到 ,获得积分10
4秒前
shenzhou9发布了新的文献求助10
5秒前
xxh完成签到,获得积分10
5秒前
故意的书本完成签到 ,获得积分10
6秒前
locker完成签到 ,获得积分10
7秒前
lxy完成签到,获得积分10
8秒前
Star完成签到,获得积分10
9秒前
老松松完成签到,获得积分10
9秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
9秒前
zzuwxj完成签到,获得积分10
10秒前
文献求助完成签到,获得积分10
10秒前
洁净的钢笔完成签到,获得积分10
10秒前
kermitds完成签到 ,获得积分10
10秒前
10秒前
木木完成签到,获得积分10
10秒前
勤劳宛菡完成签到 ,获得积分10
11秒前
shenzhou9完成签到,获得积分10
12秒前
双碳小王子完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
12秒前
勤奋的烨霖完成签到,获得积分10
12秒前
常泽洋122完成签到,获得积分10
12秒前
liujiahao完成签到,获得积分10
13秒前
张瑜完成签到 ,获得积分10
13秒前
浮游应助shinble采纳,获得10
14秒前
sun完成签到,获得积分10
14秒前
李健的小迷弟应助老松松采纳,获得10
15秒前
jidou1011发布了新的文献求助10
15秒前
王先生完成签到,获得积分10
15秒前
Zlinco发布了新的文献求助10
16秒前
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
Acute Mountain Sickness 2000
A novel angiographic index for predicting the efficacy of drug-coated balloons in small vessels 500
Textbook of Neonatal Resuscitation ® 500
Thomas Hobbes' Mechanical Conception of Nature 500
The Affinity Designer Manual - Version 2: A Step-by-Step Beginner's Guide 500
Affinity Designer Essentials: A Complete Guide to Vector Art: Your Ultimate Handbook for High-Quality Vector Graphics 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 内科学 生物化学 物理 计算机科学 纳米技术 遗传学 基因 复合材料 化学工程 物理化学 病理 催化作用 免疫学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5093568
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4307112
关于积分的说明 13417958
捐赠科研通 4133280
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2264502
邀请新用户注册赠送积分活动 1268092
关于科研通互助平台的介绍 1203910