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Erschienen in: Structural and Multidisciplinary Optimization 10/2022

01.10.2022 | Educational Paper

An open-source framework for large-scale transient topology optimization using PETSc

verfasst von: Hansotto Kristiansen, Niels Aage

Erschienen in: Structural and Multidisciplinary Optimization | Ausgabe 10/2022

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Abstract

This paper presents a fully parallelized and open-source C++/MPI framework for large-scale transient topology optimization using the density method. The framework comes with two often used time-stepping schemes: the Newmark and the backward Euler methods built-in. By a generalized representation of the temporal residuals as well as the velocity and acceleration approximations, it is easy to extend the framework with additional time-stepping schemes. Four different objective functions are included in the distribution, including kinetic and potential energies. The framework utilizes the fully-discrete adjoint temporal sensitivity analysis to facilitate gradient-based optimization, which ensures easy incorporation of non-zero initial conditions from the forward problem in the adjoint problem. Moreover, the provided sensitivity analysis comes with support for an optional check-pointing scheme in order to reduce the memory requirements for large-scale, non-reduced problems. The option to use a second-order Krylov reduction method with moment matching Gram–Schmidt orthonormalization (SOMMG) is included to increase the computational efficiency of the transient analysis. The framework’s capabilities are demonstrated on numerical examples and the full source code is available at https://​github.​com/​topopt/​TopOpt_​in_​PETSc_​Transient.

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Literatur
Zurück zum Zitat Butcher JC, Goodwin N (2018) Numerical methods for ordinary differential equations, vol 2. Wiley Online Library, New York Butcher JC, Goodwin N (2018) Numerical methods for ordinary differential equations, vol 2. Wiley Online Library, New York
Zurück zum Zitat Cook RD (2007) Concepts and applications of finite element analysis. Wiley, New York Cook RD (2007) Concepts and applications of finite element analysis. Wiley, New York
Zurück zum Zitat Matzen R, Sigmund O, Jensen JS (2011) Topology optimization for transient wave propagation problems. PhD thesis, Technical University of Denmark (DTU) Matzen R, Sigmund O, Jensen JS (2011) Topology optimization for transient wave propagation problems. PhD thesis, Technical University of Denmark (DTU)
Zurück zum Zitat Newmark NM (1959) A method of computation for structural dynamics. J Eng Mech Div 85(3):67–94CrossRef Newmark NM (1959) A method of computation for structural dynamics. J Eng Mech Div 85(3):67–94CrossRef
Zurück zum Zitat Svanberg K (1987) The method of moving asymptotes: a new method for structural optimization. Int J Numer Methods Eng 24:359–373MathSciNetCrossRefMATH Svanberg K (1987) The method of moving asymptotes: a new method for structural optimization. Int J Numer Methods Eng 24:359–373MathSciNetCrossRefMATH
Metadaten
Titel
An open-source framework for large-scale transient topology optimization using PETSc
verfasst von
Hansotto Kristiansen
Niels Aage
Publikationsdatum
01.10.2022
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Structural and Multidisciplinary Optimization / Ausgabe 10/2022
Print ISSN: 1615-147X
Elektronische ISSN: 1615-1488
DOI
https://doi.org/10.1007/s00158-022-03312-y

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