Two-stage optimization method with fatigue constraints for thin-walled structures

• Autorzy: Mrzygłód M.

Warianty tytułu

PL

Dwuetapowa metoda optymalizacji konstrukcji cienkościennych z ograniczeniami zmęczeniowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper describes a two-stage approach to optimization of thin-walled structures. The optimization procedure takes into consideration highcycle fatigue constraints. Hence, Dang Van's criterion for fatigue damage estimation is used. In the first stage of optimization, a parametric model and evolutionary algorithms are used. The topology optimization method is applied in the second stage. The work is illustrated by an example of optimization of a thin-walled mechanical structure subjected to high-cycle load conditions. In both stages of the optimization, the same parametric FE model, boundary conditions and constraints were used. The topology optimization applied in the second stage of optimization significantly improved the final result. The optimization methodology allowed to effectively lower the mass of the structure maintaining its durability on an established level.

PL

Artykuł opisuje dwuetapowe podejście do optymalizacji konstrukcji cienkościennych uwzględniające wysoko-cyklowe ograniczenia zmęczeniowe. Do oszacowania uszkodzenia zmęczeniowych w procedurze optymalizacyjnej użyto hipotezy Dang Van'a. W pierwszym etapie optymalizacji został zastosowany model parametryczny oraz algorytmy ewolucyjne. W etapie drugim wykorzystano metodę optymalizacji topologicznej. Działanie algorytmu optymalizacyjnej zilustrowana na przykładzie cienkościennej konstrukcji mechanicznej poddanej wysoko-cyklowemu reżimowi obciążeń. Dla obu etapów optymalizacji użyto tego samego model parametrycznego MES oraz takich samych warunków brzegowych i ograniczeń. Zauważono, że zastosowana w drugim etapie optymalizacja topologiczna znacząco poprawiła końcową wartość funkcji celu. Zaprezentowana w pracy metodyka optymalizacyjna pozwoliła skutecznie obniżyć masę konstrukcji, utrzymując jej trwałość zmęczeniową na założonym poziomie.

Słowa kluczowe

EN

thin-walled structures; fatigues constraints; topology optimization

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 48 nr 3
• Strony: 567--578
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mrzygłód M.

• Cracow University of Technology, Institute of Rail Vehicles, Kraków, Poland,

Bibliografia

• 1. ANSYS Inc., 2007, Release 11 Documentation for ANSYS
• 2. Ballard P., Dang Van K., Deperrois A., Papadopoulos Y.V., 1995, High cycle fatigue and a finite element analysis, Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 18, 397-411
• 3. Bendsoe M., Sigmund O., 2003, Topology Optimization. Theory, Methods, and Applications, Springer Verlag, New York
• 4. Dang Van K., Papadopoulos I.V. (Eds.), 1999, High Cycle Metal Fatigue, From Theory to Applications, C.I.S.M. Courses and Lectures No. 392, A Springer-Verlag Company
• 5. Dowling N.E., 1993, Mechanical Behaviour of Materials, Prentice-Hall Int. Editors Inc., Engelwood Cliffs
• 6. Fredricson H., 2005, Structural topology optimisation: an application review, International Journal Vehicle Design, 37, 1, 67-80,
• 7. Mrzygłód M., 2008, Topology optimization of structures subjected to highcycle load conditions, Proceedings of the 12th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference, AIAA, AIAA-2008-5839
• 8. Mrzygłód M., 2009, Using layer expansion algorithm in topology optimization with stress constraints, Proceedings of CMM-2009 – Computer Methods In Mechanics, The University of Zielona Gora Press, 319-320
• 9. Mrzygłód M., Michalik M., 2008, Topology optimization with stress constraint of vehicle structure, Pomiary, Automatyka, Kontrola, 7, 429-432
• 10. Mrzygłód M., Osyczka A., 2006, Optimization of railway vehicle structures using evolutionary algorithms and parallel computing techniques, Proceedings of the 11th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference, 1036-1041
• 11. Mrzygłód M., Osyczka A., 2007, Two-stage optimization methodology for large structures, Proceedings of the 7th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization, International Society for Structural and Multidisciplinary Optimization, 1051-1056
• 12. Mrzygłód M., Zieliński A.P., 2006, Numerical implementation of multiaxial high-cycle fatigue criterion to structural optimization, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 44, 3, 691-712
• 13. Mrzygłód M., Zieliński A.P., 2007a, Multiaxial high-cycle fatigue constraints in structural optimization, International Journal of Fatigue, DOI:10.1016/j.ijfatigue.2007.01.032, 29, 9-11, 1920-1926
• 14. Mrzygłód M., Zielinski A.P., 2007b, Parametric structural optimization with respect to the multiaxial high-cycle fatigue criterion, Structural and Multidisciplinary Optimization, 33, 161-171
• 15. Papadopoulos I.V., Davoli P., Gorla C., Filippini M., Bernasconi A., 1997, A comparative study of multiaxial high-cycle fatigue criteria for metals, International Journal of Fatigue, 19, 219-235
• 16. Zhou M., Pagaldipti N., Thomas H.L., Shyy Y.K., 2004, An integrated approach to topology, sizing and shape optimization, Structural and Multidisciplinary Optimization, 26, 308-317