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有针对性的非线性机械行为周期性微结构的反向设计.

Dilaksan Thillaithevan1, Ryan Murphy1, Robert Hewson1

  • 1Department of Aeronautics, Imperial College London, London, UK.

Structural and multidisciplinary optimization : journal of the International Society for Structural and Multidisciplinary Optimization
|November 24, 2025
PubMed
概括

本研究提出了一种新的反向设计方法,用于创建具有特定非线性机械行为的微结构. 该框架优化了微结构拓,以实现先进材料设计所需的应力-应变关系.

科学领域:

  • 材料科学 材料科学 材料科学
  • 机械工程 机械工程
  • 计算力学 计算力学 计算力学

背景情况:

  • 设计具有特定非线性机械反应的材料对于高级应用至关重要.
  • 定制微结构属性往往涉及复杂的优化挑战.

研究的目的:

  • 引入一个反向设计框架,用于精确控制周期性微观结构中的非线性机械反应.
  • 通过拓优化实现规定的非线性应力-应变关系.

主要方法:

  • 使用一种由变形驱动的同质化框架.
  • 实施强制执行的周期性边界条件并删除转换式零空间以简化约束处理.
  • 在优化中利用自动差异化进行高效的梯度计算.
  • 为离散设计提出中等密度惩罚约束.

主要成果:

  • 通过数值示例证明了框架的有效性.
  • 展示了具有有针对性的非线性行为的微结构,包括软化,硬化和定向性质.
  • 成功地将目标和实现的材料属性之间的误差降到最低.

结论:

  • 拟议的反向设计框架允许精确地定制微结构中的非线性机械反应.
关键词:
有限应变 有限应变超弹性 超弹性的反向设计是一种反向设计.反向同质化是一种反向的同质化.超材料是指一种超材料.周期性微观结构是一种周期性微观结构.拓优化拓的优化

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