Un marco de diseño de optimización topológica multiescala con modelo sustituto impulsado por datos

Área de la Ciencia:

• Mecánica Computacional; Ciencia de Materiales; Optimización Topológica

Sus antecedentes:

• La optimización topológica convencional tiene dificultades con las estructuras jerárquicas graduadas funcionalmente debido a la desacoplación de escalas y los costos computacionales.; El diseño de metamateriales complejos y de alto rendimiento requiere enfoques computacionales avanzados.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un marco multiescala transformador fuera de línea-en línea para el diseño de estructuras jerárquicas graduadas funcionalmente.; Permitir la optimización simultánea de la topología macroscópica y los parámetros de la red microscópica para metamateriales impulsados por el rendimiento.

Principales métodos:

• Se utilizaron modelos sustitutos de Mínimos Cuadrados Móviles para el mapeo de propiedades en tiempo real a través de análisis de elementos finitos multiescala, evitando la separación de escalas.; Se implementó un esquema unificado de Optimización de Material Discreto para la cooptimización concurrente de la topología y los parámetros de la red.; Se validó el marco en puntos de referencia geométricamente complejos.

Principales resultados:

• Demostró una racionalidad mecánica superior con invarianza de configuración alineada con la ruta de carga y modulación adaptativa de la densidad.; Se logró un control simultáneo sobre la distribución de la configuración espacial y la gradación de la propiedad anisotrópica.; Se tendió un puente entre la libertad de diseño de alta dimensión y la tratabilidad computacional.

Conclusiones:

• El marco desarrollado establece un nuevo paradigma para el diseño de metamateriales impulsados por el rendimiento.; Ofrece soluciones listas para la fabricación para aplicaciones aeroespaciales y biomédicas.; Supera las limitaciones de la optimización topológica convencional para estructuras jerárquicas.