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An efficient self-filtering topology optimization method based on Free Element Method
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AI
DOI：10.1016/j.enganabound.2025.106429.png)
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摘要
En 中文
自由元方法（FrEM）结合了有限元方法（FEM）的结果稳定性与无网格方法构建系统方程的简洁性，在求解固体力学和热力学问题中展现出优越的计算性能。本研究通过将FrEM与惩罚固体各向同性材料（SIMP）方法相结合，提出了一种高效的无网格拓扑优化方法。由于该方法基于无网格配置原理，其计算过程无需背景网格。在所提出的优化方法中，节点相对密度被用作设计变量，而Shepard插值方案实现了从节点密度场到积分点密度场的映射。通过积分点的战略性排布，该算法实现了拓扑优化中的自滤波功能，有效解决了传统方法中遇到的棋盘格模式，并在一定程度上缓解了网格依赖性。值得注意的是，优化结果几乎不含灰度元素，可直接获取清晰的结构件边界，无需附加投影处理。通过对比分析基准案例中基于FrEM和基于FEM的优化结果，验证了该方法的可行性与适用性。此外，通过将该算法成功应用于自行车车架结构优化，展示了其工程实用性，突显了其在工业应用中的潜力。
Keyword:
Free Element Method
meshless method
topology optimization
SIMP method
structural optimization
期刊
IF:
4.1
论文数:
5.9K
被引数:
9.4K
机构
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