Обзор статьи

Влияние радиуса фильтра на оптимизацию формы оболочки в COMSOL MULTIPHYSICS

УДК: 

692:519.6

DOI: 

10.23968/1999-5571-2024-21-4-23-34

Страницы: 

23-34

Аннотация: 

Процесс оптимизации формы оболочек в COMSOL Multiphysics происходит путем деформации сетки в существующей геометрии, и во избежание слишком больших деформаций элементов модели перед вычислением необходимо произвести настройку специальных контролируемых параметров, в том числе установить необходимое значение радиуса фильтра ( R <sub>min</sub>). Правильно подобранное значение радиуса фильтра способствует нахождению наиболее эффективного варианта конструкции. Вычислительный эксперимент по подбору радиуса фильтра проводится с использованием трех градиентных методов, заложенных в программу: ММА, iPOPT и SNOPT. В качестве исследуемой тестовой оболочки берется монолитный гладкий сферический купол из бетона. Основные этапы работы: демонстрация общего алгоритма оптимизации формы в программе, расчет оболочки с установкой различных значений радиуса фильтра с использованием трех градиентных методов и выбор оптимального решения. Определено, что установка минимального значения радиуса фильтра может привести к деформации модели и появлению неровностей, в то время как установка слишком большого радиуса фильтра приводит лишь к небольшим изменениям геометрии, оставляя модель практически в ее первоначальном варианте. Выявлено, что исследуемый параметр R <sub>min </sub>оказывает существенное влияние на конечный результат оптимизации. Таким образом, перед проведением расчета должны быть установлены необходимые параметры, ограничения, критерии. Неправильная настройка некоторых элементов может привести к нереалистичному результату оптимизации.

Список цитируемой литературы: 

  1. Ермакова Е. В., Рынковская М. И. Современнные возможности программаного обеспечения для оптимизации формы оболочек // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2023. № 2 (19). C. 220-232

  2. Ermakova E., Elberdov T., Rynkovskaya M. Shape Optimization of a Shell in Comsol Multiphysics // Сomputation. 2022. № 4 (10). 54 p

  3. Svanberg K. MMA and GCMMA - Fortran versions. Stockholm: KTH, Royal institute of Technology, 2013. 23 p

  4. Svanberg K. MMA and GCMMA - two methods for nonlinear optimization // Mathematics. 2014. 15 p. URL: https://people.kth.se/~krille/mmagcmma.pdf

  5. Wächter A. Short Tutorial: Getting Started with ipopt in 90 Minutes // Proceedings of the dagstuhl Seminar, dagstuhl, Germany, 2009. 17 p

  6. Gill P. E., Murray W., Saunders M. A., Drud A., Kalvelagen E. GAMS/SNOPT: An SQP algorithm for large-scale constrained optimization. 2002. 39 p

  7. Gill P. E., Murray W., Saunders M. A. SNOPT: An SQP Algorithm for Large-Scale Constrained Optimization // SiAM J. Optim. 2001. Vol. 47 (1). Pp. 979-1006

  8. Najian Asl R., Bletzinger K.-U. The implicit bulk-surface ltering method for node-based shape optimization and comparison of explicit and implicit ltering techniques // Structural and Multidisciplinary Optimization. 2023. Vol. 66. 111. dOi 10.1007/s00158023-03548-2

  9. Keshavarzzadeh V., Kirby R. M., Narayan A. Parametric topology optimization with multiresolution finite element models // international Journal for Numerical Methods in Engineering. 2019. Vol. 119 (7). Pp. 1-23. dOi 10.1002/nme.6063

  10. ang M. Y., Wang S. Bilateral Filtering for Structural Topology Optimization // international Journal for Numerical Methods in Engineering. 2005. Vol. 63 (13). Pp. 1911-1938. dOi 10.1002/nme.1347

  11. Morelli J. A. Evaluation of Topology Optimization Filtering with Numeric Examples. URL: https:// vtechworks.lib.vt.edu/bitstream/handle/10919/102220/ Morelli_Topology_Report_Fall2019_v03.pdf (дата обращения: 08.07.2023)

  12. Richards D., Amos M. Shape Optimization with Surface-Mapped CPPNs // iEEE Transactions on Evolutionary Computation. 2016. Vol. 21 (3). Pp. 391-407. dOi 10.1109/TEVC.2016.2606040

  13. Montoya-Zapata D., Acosta D. A., Moreno A., Posada J., Ruiz-Salguero O. Sensitivity Analysis in Shape Optimization using Voxel density Penalization // CEiG - Spanish Computer Graphics Conference. 2019. dOi 10.2312/ceig.20191201

  14. Daoud F., Jurecka F., Bletzinger K.-U. Filtering and Regularization Shape Optimization Techniques for Preliminary design // 46th AiAA/ASME/ASCE/AHS/ ASC Structures, Structural dynamics and Materials Conference. 18-21 April 2005, Austin, Texas. dOi 10.2514/6.2005-2209

  15. Тур В. И. Купольные конструкции: формообразование, расчет, конструирование, повышение эффективности. М.: АСВ, 2004. 96 с

  16. Krivoshapko S. N., Ivanov V. N. Encyclopedia of Analytical Surfaces. Cham, Switzerland: Springer international Publishing, 2015. 752 p

  17. Попова Е. И., Бащенко Н. Н., Сорвачёв А. И., Чуприна О. Д. Поверхность купола как элемент энергоэффективности ограждающих конструкций // Вестник Сибирского гос. индустриального ун-та. 2017. № 2 (20). С. 30-35

  18. Querin O. M., Victoria M., Alonso C., Ansola R., Martí P. Topology design Methods for Structural Optimization. Butterworth-Heinemann, 2017. 204 p

Ключевые слова: 

Полный текст (файл): 

PDF

Авторы: 

Ермакова Е. В. Российский университет дружбы народов Москва, Россия

Рынковская М. И. Российский университет дружбы народов Москва, Россия

Другие статьи авторов: 

Ссылка на статью в НЭБ: 

https://elibrary.ru/item.asp?id=75098408

Выпуск журнала

№ 4 (105) Август 2024