自接触结构的拓扑优化
摘要：内部接触在机械设计中的应用增加了一系列的设计可能性，这包括了带有接触的经典设计，例如齿轮、联轴器、开关、卡箍等。然而，在拓扑优化中引入接触是具有挑战性的，因为当边界没有被定义时，经典接触模型无法直接应用。本文旨在通过扩展第三介质接触方法来解决拓扑优化中接触的限制问题。当目标是在指定位移下最大化给定的接触载荷时，接近最优解时可能会出现不稳定性。为了缓解稳定性问题并提供优化设计的鲁棒性，将切线刚度要求引入设计目标中。为了避免在优化设计中对第三介质进行非物理的滥用，通过在膨胀设计上评估体积约束来对小特征进行罚函数处理。现在的这项研究结合了拓扑优化中的一些成熟方法，包括Helmholtz偏微分方程滤波、阈值投影、具有惩罚项的固体各向同性材料插值和移动渐近法。采用三个例子来说明这种方法在受大变形影响的结构的拓扑优化中如何利用内部接触。
作者：Andreas Henrik Frederiksen, Ole Sigmund, Konstantinos Poulios
论文ID：2305.06750
分类：Computational Engineering, Finance, and Science
分类简称：cs.CE
提交时间：2023-05-12