01. Харманда Г., Антибас И. Р., Дьяченко А. Г. Влияние значений индекса надежности на результирующие конфигурации оптимизации топологии на основе надежности: численная проверка с помощью оптимизации формы

Печать

УДК 620.1.515.1:004.052

DOI: 10.15507/2658-4123.029.201903.332-344

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

Харманда Гиас
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, 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 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.

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

Благодарности: Работа выполненa в рамках инициативной НИР. Авторы выражают признательность И. Аль-Хатибу и А. Абади, представителям Университета Алеппо, за их ценный вклад в изучение RBTO.

Для цитирования: Харманда Г., Антибас И. Р., Дьяченко А. Г. Влияние значений индекса надежности на результирующие конфигурации оптимизации топологии на основе надежности: численная проверка с помощью оптимизации формы // Инженерные технологии и системы. 2019. Т. 29, № 3. С. 332‒344. DOI: https://doi.org/10.15507/2658-4123.029.201903.332-344

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 18.01.2019; принята к публикации 14.02.2019;
опубликована онлайн 30.09.2019

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

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

2. Reliability-Based Topology Optimization / G. Kharmanda [et al.] // Structural and Multidisciplinary Optimization. 2004. Vol. 26, Issue 5. Pp. 295–307. DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-003-0322-7

3. Reliability-Based Topology Optimization for Different Engineering Applications / G. Kharmanda [et al.] // International Journal of CAD/CAM. 2007. Vol. 7, no. 1. Pp. 61–69. URL: http:// www.koreascience.or.kr/article/ArticleFullRecord.jsp?cn=E1CDBZ_2007_v7n1_61 (дата обращения: 01.05.2019).

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

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. Pp. 573–595. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cma.2017.08.023

6. Reliability-Based Topology Optimization Using a Standard Response Surface Method for Three-Dimensional Structures / Y.-S. Eom [et al.] // Journal of Structural and Multidisciplinary Optimization. 2011. Vol. 43, Issue 2. Pp. 287–295. 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. Vol. 53, Issue 4. Pp. 759–772. DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-015-1360-7

8. Харманда Г. Точечный метод как самый безопасный и эффективный инструмент для оптимизации на основе надежности // Вестник Донского государственного университета. 2017. Т. 17, № 2. С. 46–55. DOI: https://doi.org/10.23947/1992-5980-2017-17-2-46-55

9. Reliability-Based Design Optimization for Multiaxial Fatigue Damage Analysis Using Robust Hybrid Method / A. Yaich [et al.] // Journal of Mechanics. 2017. Vol. 34, Issue 5. Pp. 551–566. 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 // Engineering Technologies and Systems. 2019. Vol. 29, no. 1. Pp. 8–19. 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. Vol. 1, Issue 4. Pp. 193–202. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01650949

12. Bendsoe M. P., Sigmund O. Material Interpolations in Topology Optimization // Archive of Applied Mechanics. 1999. Vol. 69, Issue 9–10. Pp. 635–654. DOI: https://doi.org/10.1007/s004190050248

13. Харманда Г., Антибас И. Интеграция концепции надежности в проектирование почвообрабатывающих машин // Вестник Донского государственного технического университета. 2015. № 2 (81). С. 22–31. URL: https://cyberleninka.ru/article/v/integration-of-reliability-concept-into-soil-tillage-machinedesign (дата обращения: 01.05.2019).

14. 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. 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. Vol. 76, Issue 5–8. Pp. 1021–1030. 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. Vol. 4, Issue 3–4. Pp. 250–252. URL: https://link.springer.com/ content/pdf/10.1007%2FBF01742754.pdf (дата обращения: 01.05.2019).

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. Vol. 89, Issue 1–3. Pp. 309–336. 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. Vol. 48, Issue 2. Pp. 41–119. 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. Vol. 137, Pp. 23–32. 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. Vol. 124. Pp. 333–343. 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. Vol. 63, Issue 1. Pp. 278–287. DOI: https://doi.org/10.3311/PPci.13068

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.