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Erschienen in: Structural and Multidisciplinary Optimization 5/2015

21.06.2015 | RESEARCH PAPER

On quasi-arithmetic mean based filters and their fast evaluation for large-scale topology optimization

verfasst von: Eddie Wadbro, Linus Hägg

Erschienen in: Structural and Multidisciplinary Optimization | Ausgabe 5/2015

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Abstract

In material distribution topology optimization, restriction methods are routinely applied to obtain well-posed optimization problems and to achieve mesh-independence of the resulting designs. One of the most popular restriction methods is to use a filtering procedure. In this paper, we present a framework where the filtering process is viewed as a quasi-arithmetic mean (or generalized f-mean) over a neighborhood with the possible addition of an extra “projection step”. This framework includes the vast majority of available filters for topology optimization. The covered filtering procedures comprise three steps: (i) element-wise application of a function, (ii) computation of local averages, and (iii) element-wise application of another function. We present fast algorithms that apply this type of filters over polytope-shaped neighborhoods on regular meshes in two and three spatial dimensions. These algorithms have a computational cost that grows linearly with the number of elements and can be bounded irrespective of the filter radius.

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Literatur
Zurück zum Zitat Bendsøe MP, Sigmund O (2003) Topology optimization, theory, methods, and applications. Springer Bendsøe MP, Sigmund O (2003) Topology optimization, theory, methods, and applications. Springer
Zurück zum Zitat Guest JK, Provost JH, Belytschko T (2004) Achieving minimum length scale in topology optimization using nodal design variables and projection functions. Int J Numer Methods Eng 61(2):238–254. doi:10.1002/nme.1064 CrossRefMATH Guest JK, Provost JH, Belytschko T (2004) Achieving minimum length scale in topology optimization using nodal design variables and projection functions. Int J Numer Methods Eng 61(2):238–254. doi:10.​1002/​nme.​1064 CrossRefMATH
Zurück zum Zitat Kolmogov AN (1991) On the notion of mean. In: Kolmogovor AN, Tichomirow VB (eds) Selected works of A.N. Kolmogorov. Mathematics and mechanics, vol 1. Kluwer, pp 144–146. (Translation of: Kolmogov A.N.: Sur la notion de la moyenne. Atti Accad. Naz. Lincei 12, pp. 388–391. (1930).) Kolmogov AN (1991) On the notion of mean. In: Kolmogovor AN, Tichomirow VB (eds) Selected works of A.N. Kolmogorov. Mathematics and mechanics, vol 1. Kluwer, pp 144–146. (Translation of: Kolmogov A.N.: Sur la notion de la moyenne. Atti Accad. Naz. Lincei 12, pp. 388–391. (1930).)
Zurück zum Zitat Nagumo M (1930) Über eine Klasse der Mittelwerte. Jpn J Math 7:71–79MATH Nagumo M (1930) Über eine Klasse der Mittelwerte. Jpn J Math 7:71–79MATH
Zurück zum Zitat Sigmund O (1994) Design of material structures using topology optimization. Ph.D. thesis, Technical University of Denmark Sigmund O (1994) Design of material structures using topology optimization. Ph.D. thesis, Technical University of Denmark
Metadaten
Titel
On quasi-arithmetic mean based filters and their fast evaluation for large-scale topology optimization
verfasst von
Eddie Wadbro
Linus Hägg
Publikationsdatum
21.06.2015
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Structural and Multidisciplinary Optimization / Ausgabe 5/2015
Print ISSN: 1615-147X
Elektronische ISSN: 1615-1488
DOI
https://doi.org/10.1007/s00158-015-1273-5

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