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Erschienen in: Structural and Multidisciplinary Optimization 1/2019

27.05.2019 | Brief Note

Note on spatial gradient operators and gradient-based minimum length constraints in SIMP topology optimization

verfasst von: Kaike Yang, Eduardo Fernandez, Cao Niu, Pierre Duysinx, Jihong Zhu, Weihong Zhang

Erschienen in: Structural and Multidisciplinary Optimization | Ausgabe 1/2019

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Abstract

Spatial gradient information of density field in SIMP (solid isotropic material with penalization) topology optimization is very useful for imposing overhang angle and minimum length (size) manufacturing constraints or achieving shell-infill optimization. However, the computation of density gradient is an approximation since the design space is discretized. There are several operators for this purpose, which arise from the image processing field. This note compares different gradient operators in the context of SIMP topology optimization method and suggests a new computation strategy to improve the accuracy of gradient estimation. We take a case study of spatial gradient-based minimum size constraints. New structural indicator functions are proposed to improve the general applicability of previous gradient-based minimum length constraints. This study is carried out in 2D structure examples to validate the methodology.

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Literatur
Zurück zum Zitat Carstensen JV, Guest JK (2014) New projection methods for two-phase minimum and maximum length scale control in topology optimization.15th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference 2014:2297 Carstensen JV, Guest JK (2014) New projection methods for two-phase minimum and maximum length scale control in topology optimization.15th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference 2014:2297
Zurück zum Zitat Sobel I (2014) History and definition of the sobel operator. Retrieved from World Wide Web Sobel I (2014) History and definition of the sobel operator. Retrieved from World Wide Web
Zurück zum Zitat Zhu B, Zhang X (2012) A new level set method for topology optimization of distributed compliant mechanisms. Int J Numer Methods Eng 91:843–871MathSciNetCrossRef Zhu B, Zhang X (2012) A new level set method for topology optimization of distributed compliant mechanisms. Int J Numer Methods Eng 91:843–871MathSciNetCrossRef
Zurück zum Zitat Zhu J, Zhao Y, Zhang W, Gu X, Gao T, Kong J, Shi G, Xu Y, Quan D (2019) Bio-inspired feature-driven topology optimization for rudder structure design. Engineered Science Zhu J, Zhao Y, Zhang W, Gu X, Gao T, Kong J, Shi G, Xu Y, Quan D (2019) Bio-inspired feature-driven topology optimization for rudder structure design. Engineered Science
Metadaten
Titel
Note on spatial gradient operators and gradient-based minimum length constraints in SIMP topology optimization
verfasst von
Kaike Yang
Eduardo Fernandez
Cao Niu
Pierre Duysinx
Jihong Zhu
Weihong Zhang
Publikationsdatum
27.05.2019
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Structural and Multidisciplinary Optimization / Ausgabe 1/2019
Print ISSN: 1615-147X
Elektronische ISSN: 1615-1488
DOI
https://doi.org/10.1007/s00158-019-02269-9

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