含连接接头的棱柱式夹芯梁的应力与自然频率优化：通过拓扑优化实现性能提升
最优化与控制
2023-10-25 v1
摘要
金属制成的棱柱式夹芯板因其优异的比强度，在各行业中成为比传统板材更具吸引力的替代方案。尽管过去已提出若干种芯材类型，但可通过拓扑优化框架设计芯材拓扑来进一步改善性能，本文首次对此进行了探索。另一创新点是在分析与优化中纳入了夹芯梁与其周边环境之间的接头。在梁上均匀压力载荷下使应力最小化，并利用移动渐近线法（Method of Moving Asymptotes）使固有频率最大化。结果与X型芯、Y型芯、波纹芯和腹板芯夹芯梁（几种传统的棱柱式夹芯类型）进行比较，后者采用一种著名的全局进化算法进行了优化。制造要求通过设计变量的实际限制加以考虑。结果表明，在中高质量水平（体积分数介于0.2与0.4之间）下，拓扑优化所得结构比传统夹芯梁性能高出至多44%，但这常伴随拓扑复杂度的增加。新的芯材拓扑与传统芯材类型有一定相似性，凸显了多年来其开发过程中的工程巧思。优化后接头的拓扑不同于传统接头。结果也显示了拓扑优化框架的一些局限，例如对于体积分数低于0.2的情况，它无法给出性能更优的梁。
引用
@article{arxiv.2310.15305,
title = {Stress and frequency optimization of prismatic sandwich beams with joints: Performance improvements through topology optimization},
author = {Shengyu Yan and Jasmin Jelovica},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.15305},
year = {2023}
}
备注
17 pages, 3 tables, 19 figures, journal paper