制造诱导孔隙对结构弹性影响的二阶去特征化估计器
计算工程、金融与科学
2022-03-31 v3
摘要
制造的金属构件常含有形态复杂且非均匀分布的孔隙。由于此类孔隙缺陷对材料行为有显著影响并制约其在高性能应用中的使用，理解孔隙特征对构件行为的影响十分重要。本文在一般弹性静力学框架内提出了一种梯度增强的孔隙去特征化估计器，可对孔隙几何与空间分布进行建模。该方法中，一阶形状灵敏度用于刻画感兴趣弹性量随孔隙尺寸与形状变化的改变，并辅以二阶形状灵敏度，其混合偏导数量化了邻近孔隙间的相互作用。所提方法的效能源于其后验特性：仅依赖于孔隙被抑制的参考模型的场解。由此避免了直接对多孔结构进行有限元分析时出现的网格划分困难与求解收敛问题。孔隙对结构弹性性能的影响通过二阶泰勒展开近似，其中多孔域与参考域之间的拓扑差异由拓扑灵敏度估计；孔隙边界上的场变量利用外域公式近似为设计变量的显式函数。数值结果表明，构件弹性性能受孔隙存在的影响；当孔隙邻近时，孔隙间相互作用显著。
引用
@article{arxiv.2108.03740,
title = {Second-Order Defeaturing Estimator of Manufacturing-Induced Porosity on Structural Elasticity},
author = {Shiguang Deng and Carl Soderhjelm and Diran Apelian and Krishnan Suresh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.03740},
year = {2022}
}