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Erschienen in: Structural and Multidisciplinary Optimization 2/2020

09.03.2020 | Research Paper

Multiscale topology optimization for non-uniform microstructures with hybrid cellular automata

verfasst von: Jiao Jia, Daicong Da, Cha-Liang Loh, Haibin Zhao, Sha Yin, Jun Xu

Erschienen in: Structural and Multidisciplinary Optimization | Ausgabe 2/2020

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Abstract

Based on hybrid cellular automata (HCA), we present a two-scale optimization model for heterogeneous structures with non-uniform porous cells at the microscopic scale. The method uses the K-means clustering algorithm to achieve locally nonperiodicity through easily obtained elemental strain energy. This energy is used again for a two-scale topological optimization procedure without sensitivity analysis, avoiding drastically the computational complexity. Both the experimental tests and numerical results illustrate a significant increase in the resulting structural stiffness with locally nonperiodicity, as compared to using uniform periodic cells. The effects of parameters such as clustering number and adopted method versus classical Optimality Criteria (OC) are discussed. Finally, the proposed methodology is extended to 3D two-scale heterogeneous structure design.

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Literatur
Zurück zum Zitat ASTM International A (2015) Standard test method for flexural properties of polymer matrix composite materials. ASTM International, ASTM International A (2015) Standard test method for flexural properties of polymer matrix composite materials. ASTM International,
Zurück zum Zitat Da DC (2019) Topology optimization design of heterogeneous materials and structures. Wiley, pp 29–55 Da DC (2019) Topology optimization design of heterogeneous materials and structures. Wiley, pp 29–55
Zurück zum Zitat Tan P-N, Steinbach M, Kumar V (2006) Introduction to data mining, 1st edn. Pearson Addison Wesley, Boston Tan P-N, Steinbach M, Kumar V (2006) Introduction to data mining, 1st edn. Pearson Addison Wesley, Boston
Metadaten
Titel
Multiscale topology optimization for non-uniform microstructures with hybrid cellular automata
verfasst von
Jiao Jia
Daicong Da
Cha-Liang Loh
Haibin Zhao
Sha Yin
Jun Xu
Publikationsdatum
09.03.2020
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Structural and Multidisciplinary Optimization / Ausgabe 2/2020
Print ISSN: 1615-147X
Elektronische ISSN: 1615-1488
DOI
https://doi.org/10.1007/s00158-020-02533-3

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