Projektowanie ogólnego kształtu mostu przy użyciu metod optymalizacji topologicznej

• Autorzy: Marczewska I. , Sosnowski W.

Warianty tytułu

EN

General shape design of the bridge structure using topology optimalization methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Niniejsza praca ma na celu przedstawienie metody projektowania wstępnego kształtu konstrukcji mostowej drogą optymalizacji topologicznej. Metoda ta jest obecnie bardzo szeroko wykorzystywana w wielu gałęziach przemysłu, m. in. samochodowego i lotniczego. Przedstawiamy możliwości wykorzystania tej metody na etapie określania koncepcji mostu. W proponowanym sformułowaniu poszukiwany jest optymalny rozkład gęstości "sztucznego" materiału zastępczego nazywanego Prostym Izotropowym Materiałem z Prawem Potęgowym (ang. Simple Isofropic Materiał with Penalization) [1] rozmieszczonego w obszarze projektowym, przy zdefiniowanym obciążeniu i warunkach brzegowych. Wyjściowy obszar projektowy stanowią tarcze sprężyste pracujące w płaskim stanie naprężenia i wypełnione materiałem zastępczym. W wyniku optymalizacji topologicznej materiał zastępczy jest rozrzedzany w obszarach mało wytężonych i zagęszczany w obszarach wymagających wzmocnienia. Obszary zagęszczenia materiału tworzą kształt optymalny. Algorytmy analizy i optymalizacji topologicznej są realizowane przy użyciu metody elementów skończonych i heurystycznych metod optymalizacji topologicznej. Proponowane podejście pozwala uzyskać kształt konstrukcji mostowej o dowolnych, wstępnie założonych wymiarach zewnętrznych.

EN

The paper deals with a new method which can be used in initial design of the bridge constructions, when the fundamental decisions related to the type of the bridge must be considered. Sensitivity based topology optimization is the modem, interdisciplinary design tool, which is used in many practical problems. The numerical topology optimization algorithm consists of two basic steps at each iteration: the first, the analysis of the system is performed and the second, the design variables are updated. In the problem of topology optimization the optimal redistribution of the artificial, non-real material should be determined in design domain in order to minimize the mean compliance of the structure. This material is called Simple Isotropic Material with Penalization [1]. In optimization process the artificial material with intermediate non real density p is redistributed. It is concentrated in stiffened zones p =p^. The result of the optimization is the optimal global shape of the construction. The presented examples demonstrate how quickly and easily one can obtain the optimal global shape of the bridge construction using numerical topology optimization procedure.

Słowa kluczowe

PL

mosty; projektowanie; metoda optymalizacji topologicznej

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Drogi i Mosty
• Rocznik: 2004
• Tom: nr 1
• Strony: 87--102
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz.

Twórcy

autor

Marczewska I.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Warszawa

autor

Sosnowski W.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Warszawa

Bibliografia

• [1] Bendsoe M.P.: Optimization of Structural Topology, Shape and Material. Springer Verlag, Berlin Heidelberg, 271, 1995
• [2] Kleiber M., Antunez H., Hien T.D., Kowalczyk P.: Parameter Sensitivity in Nonlinear Mechanics. J. Wiley, 406, 1997
• [3] Sosnowski W.: Numeryczna symulacja, analiza wrażliwoości i optymalizacja procesów deformacji konstrukcji, monografia. Wydawnictwo Akademii Bydgoskiej, 211, 2003
• [4] Marczewska I.: Sosnowski W., Marczewski A., Bednarek T.: Topology and Sensitivity-Based Optimization of Stiffened Plates and Shells. World Congres on Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO-5), Lido di Jesolo, Wenecja, 2003
• [5] Sigmund O., Jensen J. S.: Design of acoustic devices by topology optimization. World Congres on Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO-5), Lido di Jesolo, Wenecja, 2003
• [6] Zienkiewicz O.C., Taylor R.L.: The finite element method : Volume 1 : The basis, Volume 2: Solid mechanics, 5-th Edition. Butterworth-Heinemann, 689, 459, 2000
• [7] Hassani B., Hinton E.: Homogenization and Structural Topology Optimization, Theory, Practice and Software. Springer-Verlag London Limited, 268, 1999
• [8] Bendsoe M.P., Sigmund O.: Topology optimization, Theory, Methods and Applications. Springer, 370, 2003
• [9] Marczewska I.: Wieloetapowa optymalizacja topologii, kształtu i parametrów przekrojowych złożonych konstrukcji zginanych. Praca doktorska, IPPT PAN, 172, 2003
• [10] http://www.cmap.polytechnique.fr/~optopo/homog_en.html
• [11] http://www.khi.co.jp/tekkou/catalog/FrameRight6-e.html