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Multiscale Topology Optimization Applying FFT-Based Homogenization

delete2025-02-20
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PRE
AI
M
Masayoshi Matsui *
H
Hiroya Hoshiba
K
Koji Nishiguchi
H
Hiroki Ogura
J
Junji Kato
DOI:10.1002/nme.70009delete
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摘要

摘要

En 中文
3D打印技术的进步使得能够制造出具有特征力学性能的周期性微结构。为此,多尺度拓扑优化,即针对宏观结构的几何形状和性能要求寻找微结构的最优设计,已成为结构优化领域的一个热点话题。尽管基于跨宏观和微观尺度的均质化理论的基本优化框架是可用的,但其计算成本高昂,且难以应用于高分辨率设计(如精密建模)以及考虑非线性的可靠设计等实际场景。为解决此问题,我们聚焦于一种基于快速傅里叶变换(FFT)的均质化分析方法,作为传统有限元分析(FEA)的替代方案,并开发了一种具有快速计算速度和低内存需求的优化方法。在本文中,我们定义了一个简单的线弹性材料刚度最大化问题,并进行二维和三维优化分析,以评估所提出方法的有效性和性能。我们讨论了计算成本的优势、过滤过程的影响以及材料对比度的合理设置。
Keyword:
fast Fourier transform
homogenization
microstructure design
multiscale analysis
topology optimization

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