دست یابی به خواص بهینه مکانیکی مدول برشی، مدول حجمی و سفتی محوری با استفاده از بهینه سازی توپولوژی

از سالیان نه چندان دور و به خصوص اخیرا، ایجاد موادی مطلوب چه از لحاظ مواد تشکیل‌دهنده و چه با خواص مورد انتظار از سوی متخصصین پیگیری می‌‌شده است. در این بین ریزساختار‌ها به جهت حالت بهینه و دقت محاسبات مورد توجه بوده‌اند. ریزساختار‌ها همان مواد ناهمگنی هستند که طی یک فرآیند بهینه‌سازی معماری‌های ساختارشان بهینه می‌شود. در این مقاله فرآیند بهینه‌سازی توپولوژی برای طراحی ریزساختار چندفازی الاستیک با استفاده از فاکتور جبران‌سازی و روش همگن‌سازی عددی پیاده‌سازی می‌شود. طی این مطالعه بهینه‌سازی عددی با اعمال محاسبات روی متغیرهای طراحی متشکل از درصد حجمی هر فاز در هر المان انجام می‌گیرد. روش حل مسئله بهینه‌سازی توپولوژی مبتنی بر تقسیم به چند سری زیرمسئله بهینه‌سازی دو ‌فازی است که وظیفه انجام آن با یک عمل‌گر مرسوم دوفازی به عنوان یک عمل‌گر درون فضای بهینه‌سازی است. در این پژوهش به مقدارهایی برابر 7264/0 ،0.4447 و 0.3008 برای خاصیت‌های مدول برشی، حجمی و سفتی محوری دست پیدا کردیم. در یک دید کلی، میزان محاسبات و دشواری مسئله به تعداد فازهای شرکت‌کننده در فرآیند طراحی ساختار وابسته است. تا پیش از این مطالعه برای ریزساختارهای متناوب، متقارن و دوفازی به این سوال پاسخ داده شده است. طی مطالعه حاضر ما با تشکیل تانسورهای خواص مواد به صورت تابعی از درصد حجمی به مسئله طرح‌شده پاسخ می‌دهیم. این راه حل با تعریف یک فضای طراحی و میدانی منظم از مرزهای بالا و پایین دستگاه متخصات محلی انجام می‌گیرد. مرزهایی که حفظ آن‌ها موجب انسجام و استانداردسازی برای کارهای بعدی در زمینه طراحی ریزساختارهای چندفازی است.

achieving optimum mechanical properties of shear modulus, bulk modulus, and axial stiffness using topology optimization

experts have always desired to obtain materials with the desired properties or required constituents. the optimization of microstructures is considered to ensure optimal mode and accurate calculations. microstructures, as heterogeneous materials, undergo an optimization process to optimize their structure. in this article, we implement topology optimization design for multiphase elastic microstructure using a compensation factor and numerical homogenization method. during the study, numerical optimization is performed by applying calculations on design changes consisting of the volume percentage of each phase in each element. the technique used to solve the topology optimization problem involves dividing it into several series of two-phase subproblems, with a conventional two-phase operator used in the optimization space. in this research, we obtained values of 0.7264, 0.4447, and 0.3008 for shear modulus, bulk modulus, and axial stiffness, respectively. generally, the calculation rate depends on the number of phases involved in the structure design process. previous studies have addressed this question for symmetric, symmetrical, and two-phase microstructures. however, in this study, we address this design problem by creating tensors of material properties as a function of the volume percentage. this approach is achieved by defining a design space and establishing regular upper and lower boundaries for local features. these boundaries are maintained to ensure consistency and standardization in subsequent works related to multiphase microstructure design.