01. Харманда Г., Антибас И. Р., Дьяченко А. Г. Метод обратного оптимального фактора безопасности для оптимизации топологии на основе надежности применительно к свободным вибрирующим структурам

Печать

УДК 515.1:004.9

DOI: 10.15507/2658-4123.029.201901.008-019

Метод обратного оптимального фактора безопасности для оптимизации топологии на основе надежности применительно к свободным вибрирующим структурам

Харманда Гиас
исследователь, лаборатория механики Нормандии, Национальный институт прикладных наук Руана (76801, Франция, г. Сент-Этьен-дю-Рувре, Авеню-дель-Университе, д. 685), доктор философии по техническим наукам, ResearcherID: O-6690-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8344-9270, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Антибас Имад Ризакалла
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, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8141-9529, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Дьяченко Алексей Геннадьевич
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, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9934-4193, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Введение. Классическая оптимизация топологии приводит к предсказанию структурного типа и общей компоновки и дает примерное описание как внешних, так и внутренних границ форм структуры. Однако вероятностная модель оптимизации топологии (или оптимизационная топология на основе надежности) приводит к нескольким вариантам решения надежности на основе топологии с высоким уровнем производительности. Цель данной статьи – создать эффективный инструмент для интеграции модели оптимизации топологии на основе надежности для свободных вибрирующих структур.
Материалы и методы. Разработанный инструмент называется методом обратной оптимальной безопасности. При использовании модального анализа выбор области оптимизации очень важен для обеспечения возможности снижения материалоемкости с учетом ограничений в изготовлении и без влияния на ее структурную функцию. Таким образом, случайность может быть применена к некоторым граничным параметрам.
Результаты исследования. Представлены численные приложения на свободных вибрирующих структурах, показывающие эффективность разработанной стратегии. При рассмотрении требуемого уровня надежности результирующая топология представляет другую топологию относительно детерминированной результирующей.
Обсуждение и заключение. В дополнение к своей упрощенной реализации разработанная обратная оптимальная стратегия фактора надежности может рассматриваться как генеративный инструмент, обеспечивающий проектировщику несколько вариантов решений для свободно вибрирующих конструкций с различными уровнями производительности.

Ключевые слова: оптимизация детерминированной топологии, оптимизация топологии на основе надежности, модальный анализ, оптимальный фактор безопасности, домен оптимизации

Для цитирования: Харманда Г., Антибас И. Р., Дьяченко А. Г. Метод обратного оптимального фактора безопасности для оптимизации топологии на основе надежности применительно к свободным вибрирующим структурам // Инженерные технологии и системы. 2019. Т. 29, № 1. С. 8–19. DOI: https://doi.org/10.15507/2658-4123.029.201901.008-019

Благодарности: Работа выполнена в рамках инициативной НИР. Авторы благодарят профессора Лундского университета Матиаса Валлина за его ценные замечания и комментарии в аспектах оптимизации.

Заявленный вклад соавторов: Г. Харманда – научное руководство, постановка задачи, определение методологии исследования, критический анализ и доработка решения, компьютерная реализация решения задачи; И. Р. Антибас – анализ теоретических и практических материалов по теме исследования; А. Г. Дьяченко – анализ научных источников по теме исследования, критический анализ и доработка текста.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 23.07.2018; принята к публикации 25.10.2018;
опубликована онлайн 29.03.2019

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Bendsøe M. P., Kikuchi N. Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1988. Vol. 71, Issue 2. P. 197–224.

2. Reliability-based topology optimization / G. Kharmanda [et al.] // Structural and Multidisciplinary Optimization. 2004. Vol. 26, Issue 5. P. 295–307.

3. Reliability-based topology optimization for different engineering applications / G. Kharmanda [et al.] // International Journal of CAD/CAM. 2007. Vol. 7, no. 1.
P. 61–69.

4. Patel J., Choi S.-K. Classification approach for reliability-based topology optimization using probabilistic neural networks // Structural and Multidisciplinary Optimization. 2012. Vol. 45, Issue 4. P. 529–543.

5. A novel method of non-probabilistic reliability-based topology optimization corresponding to continuum structures with unknown but bounded uncertainties / L. Wang [et al.] // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2017. Vol. 326. P. 573–595.

6. Bae K., Wang S. Reliability-based topology optimization // 9^th AIAA/ISSMO Symposium on Multidisciplinary Analysis and Optimization. 2002. AIAA 2002-5542.

7. Reliability based topology optimization using the hybrid cellular automaton
method / N. M. Patel [et al.] // 46^th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference. 2005. AIAA 2005-2134.

8. Reliability-based topology optimization using a standard response surface method for three-dimensional structures / Y.-S. Eom [et al.] // Structural and Multidisciplinary Optimization. 2011. Vol. 43, Issue 2. P. 287–295.

9. Jalalpour M., Tootkaboni M. An efficient approach to reliability-based topology optimization for continua under material uncertainty // Structural and Multidisciplinary Optimization. 2016. Vol. 53, Issue 4. P. 759–772.

10. Kharmanda G. The safest point method as an efficient tool for reliability-based design optimization applied to free vibrated composite structures // Вестник Донского государственного технического университета. 2017. Т. 17, № 2 (89). С. 46–55.

11. Reliability based design optimization for multiaxial fatigue damage analysis using robust hybrid method / A. Yaich [et al.] // Journal of Mechanics. 2018. Vol. 34, Issue 5. P. 551–566.

12. Харманда М. Г., Антибас И. Р. Стратегия оптимизации проектирования надежности почвообрабатывающей техники с учетом параметрической неопределенности почвы // Вестник Донского государственного технического университета. 2016. Т. 16, № 2. С. 136–147.

13. Bendsøe M. P. Optimal shape design as a material distribution problem // Structural Optimization. 1989. Vol. 1, Issue 4. P. 193–202.

14. Bendsøe M. P., Sigmund O. Material interpolation schemes in topology optimization // Archive of Applied Mechanics. 1999. Vol. 69, Issue 9-10. P. 635–654.

15. Харманда М. Г., Антибас И. Р. Интеграция концепции надежности в проектирование почвообрабатывающих машин // Вестник Донского государственного технического университета. 2015. Т. 15, № 2. С. 22–31.

16. Ibrahim M. H., Kharmanda G., Charki A. Reliability-based design optimization for fatigue damage analysis // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015. Vol. 76, Issue 5-8. P. 1021–1030.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.