بهینه‌سازی توپولوژی سازه در مسئله اندرکنش سیال-سازه به‌روش مجموعه سطوح تراز

این پژوهش به بهینه سازی توپولوژی مسائل اندرکنش سیال-سازه به‌روش مجموعه سطوح تراز می پردازد. به منظور جفت کردن معادلات سیال-سازه از روش توصیف لاگرانژی-اویلری دلخواه (ale) در فرمول‌بندی یکپارچه استفاده شده است. استفاده از توصیف ale تحت فرمول بندی یکپارچه برای مسائل fsi، ضمن حذف ناپایداری های عددی ناشی از ترم همرفت، باعث افزایش سرعت و دقت حل اجزای محدود مسائل اندرکنش سیال-سازه خواهد شد. همچنین در نظر گرفتن سیال در حالت ناپایا (unstaedy) امکان تفسیر توپولوژی بهینه را در هر لحظه از تحلیل فراهم می آورد. تابع هدف مسئله طراحی بهینه توپولوژی سازه، به‌حداقل رساندن نرمی سازه در حالت خشک تحت حجم معینی از دامنه طراحی سازه در نظر گرفته شده است. به‌منظور یافتن سرعت نرمال معادله واکنش انتشار (rde) از آنالیز حساسیت الحاقی مبتنی بر گرادیان نقطه‌ای استفاده شده است. نتایج حاصله از این رویکرد در مقایسه با سایر رویکردهای بهینه سازی توپولوژی موجود در ادبیات فنی نشان از دقت بالاتر و تشکیل مرزهای سازه‌ای واضح‌تر دارد.

topology optimization of structure in the fluid-structure interaction problem using the level set method

 this research focuses on topology optimization of fluid-structure interaction (fsi) problems using the level set method. to couple the fluid and structure equations, the arbitrary lagrangian-eulerian (ale) description is employed within a monolithic formulation. the use of ale in fsi problems, while eliminating numerical instabilities caused by the convective term, enhances the speed and accuracy of finite element solutions in fluid-structure interaction. additionally, considering the fluid in the unsteady state allows for the interpretation of optimal topology at any given moment of the analysis. the objective function of the optimal topology design problem is to minimize the structural compliance in the dry state, subject to a fixed volume of the design domain. to determine the normal velocity in the reaction-diffusion equation (rde), adjoint sensitivity analysis based on pointwise gradients is used. the results obtained from this approach, compared to other topology optimization methods in the literature, demonstrate higher accuracy and clearer definition of structural boundaries.