Shape optimization method for strength design problem of microstructures in a multiscale structure

均质化(气候) 缩小 拉格朗日乘数 微观结构 数学优化 压力(语言学) 形状优化 数学 结构工程 材料科学 有限元法 复合材料 工程类 语言学 生物 生态学 生物多样性 哲学
作者
Mihiro TORISAKI,Masatoshi SHIMODA,Musaddiq Al Ali
出处
期刊:International Journal for Numerical Methods in Engineering [Wiley]
卷期号:124 (8): 1748-1772 被引量:14
标识
DOI:10.1002/nme.7186
摘要

Abstract In this paper, we propose a solution to a shape optimization problem for the strength design of periodic microstructures in multiscale structures. Two maximum stress minimization problems are addressed: minimization of maximum microstructural stress and minimization of maximum macrostructural stress. The homogenization method is used to bridge the macrostructure and the microstructure and to calculate local microstructural stress. By replacing the maximum stress value with a Kreisselmeier‐Steinhauser function, the difficulty of nondifferentiability of maximum stress is avoided. Each strength design problem is formulated as a distributed parameter optimization problem subject to an area constraint including the whole microstructure. The shape gradient functions for both problems are derived using Lagrange's undetermined multiplier method, the material derivative method, and the adjoint variable method. The H 1 gradient method is used to determine the unit cell shapes of the microstructure, while reducing the objective function and maintaining smooth design boundaries. In the numerical examples, the optimal shapes obtained for minimization of the maximum local stress of the microstructure and the macrostructure are compared and discussed. The results confirm the effectiveness of the microstructure shape optimization method for the two strength design problems of multiscale structures.

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
1秒前
独特若冰发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
拼搏秋发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
1秒前
2秒前
王永利完成签到,获得积分20
2秒前
完美蛋挞发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
2秒前
是白细胞发布了新的文献求助10
3秒前
尹欣鹤发布了新的文献求助10
3秒前
风中的大树完成签到,获得积分10
3秒前
巴比龙完成签到,获得积分10
3秒前
Journey完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
LLHH发布了新的文献求助10
4秒前
haha发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
紫苏艾草22完成签到,获得积分10
4秒前
huanghan完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
5秒前
5秒前
cui发布了新的文献求助100
5秒前
言语发布了新的文献求助30
5秒前
敬鱼发布了新的文献求助10
5秒前
岑岑岑完成签到,获得积分10
5秒前
郭6666完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
Jasper应助狗大王采纳,获得20
6秒前
6秒前
liu完成签到 ,获得积分10
6秒前
科研通AI6.1应助冯梦梦采纳,获得10
6秒前
叶辰完成签到,获得积分10
6秒前
Polling发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
李健应助诗谙采纳,获得10
7秒前
胡洋完成签到,获得积分10
7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
Picture this! Including first nations fiction picture books in school library collections 2000
The Cambridge History of China: Volume 4, Sui and T'ang China, 589–906 AD, Part Two 1500
Cowries - A Guide to the Gastropod Family Cypraeidae 1200
Quality by Design - An Indispensable Approach to Accelerate Biopharmaceutical Product Development 800
ON THE THEORY OF BIRATIONAL BLOWING-UP 666
Signals, Systems, and Signal Processing 610
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 6391434
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8206586
关于积分的说明 17370660
捐赠科研通 5445111
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2878766
邀请新用户注册赠送积分活动 1855295
关于科研通互助平台的介绍 1698510