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物理学 > 应用物理

arXiv:2501.09402 (physics)
[提交于 2025年1月16日 ]

标题: 拓扑优化中促进连通性的实用综述

标题: A practical review on promoting connectivity in topology optimization

Authors:Vanessa Cool, Niels Aage, Ole Sigmund
摘要: 拓扑优化促进了各个工程领域高性能结构的自动化设计,但如果不加约束,通常会产生复杂且难以制造的设计。 结果设计的一个关键属性是连通性,这涉及控制材料实体和/或空洞岛屿的存在。 本手稿全面概述了为连续设计表示开发的现有连通性约束,并强调了它们在影响设计结果和性能方面的优缺点。 该综述进一步包括了使用一种平衡声学和结构性能的夹层板拓扑优化框架,对五种不同的连通性约束进行了实际比较。 通过帕累托前沿分析,根据计算成本、单调性、参数依赖性以及它们对优化设计、其性能和基本动力学的影响来评估这些约束。 从比较中得出了实用的见解和经验法则。 研究结果强调了选择适当的连通性约束的关键作用,鉴于它们对优化结果有显著影响。
摘要: Topology optimization facilitates the automated design of high-performance structures across various engineering fields but, if unconstrained, often produces designs that are complex and difficult to manufacture. A key attribute of the resulting designs is connectivity, which involves controlling the presence of solid and/or void islands of material. This manuscript provides a comprehensive overview of existing connectivity constraints developed for continuous design representations and highlights their advantages and limitations in influencing design outcomes and performance. The review further includes a practical comparison of five different connectivity constraints using a topology optimization framework for sandwich panels that balances acoustic and structural performance. With Pareto-front analyses, the constraints are evaluated based on computational cost, monotonicity, parameter dependency, and their impact on the optimized designs, their performance, and underlying dynamics. From the comparison, practical insights and rule of thumbs have been derived. The findings emphasize the critical role of selecting appropriate connectivity constraints, given their significant effect on the optimization results.
主题: 应用物理 (physics.app-ph)
引用方式: arXiv:2501.09402 [physics.app-ph]
  (或者 arXiv:2501.09402v1 [physics.app-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.09402
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Structural and Multidisciplinary Optimization 68, 73 (2025)
相关 DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-025-04004-z
链接到相关资源的 DOI

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来自: Vanessa Cool [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 1 月 16 日 09:18:29 UTC (2,219 KB)
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