多材料多孔介质中非饱和流动的拓扑优化：在一个简单尿布模型中的应用
计算物理
2019-10-02 v1 材料科学
流体动力学
摘要
我们提出一种数学方法，用于优化非饱和多孔介质中流体输运的材料分布。我们的基准问题是一个简化尿布模型，作为液体吸收剂的示例。我们的模型最多具有三种性质差异巨大的材料，在参考构型中它们以平行层排列。此处忽略溶胀，并假定和处理溶胀尿布几何为高通量多孔介质。然后，通过求解基于 Richards 方程的非饱和流动问题来模拟吸液过程。我们的目标是通过重新分布材料来最大化吸收液体量。为此，执行基于密度的多材料拓扑优化（基于著名的 SIMP 模型）。提供了非线性瞬态问题的灵敏度分析，使得一阶优化求解器的应用成为可能。我们执行了双材料和三材料优化，并讨论了问题设定的若干变体。我们给出的设计相比参考构型吸收液体量最多高出 45%。
引用
@article{arxiv.1906.04010,
title = {Topology optimization of unsaturated flows in multi-material porous media: application to a simple diaper model},
author = {Fabian Wein and Nan Chen and Naveed Iqbal and Michael Stingl and Marc Avila},
journal= {arXiv preprint arXiv:1906.04010},
year = {2019}
}
备注
Accepted for publication in Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation