Much work has been done in multiscale topology optimization for maximum stiffness or minimum compliance design. Such approaches date back to the original homogenization-based work by Bends{\o}e and Kikuchi from 1988, which lately has been revived due to advances in manufacturing methods like additive manufacturing. Orthotropic microstructures locally oriented in principal stress directions provide for highly efficient stiffness optimal designs, whereas for the pure stiffness objective, porous isotropic microstructures are sub-optimal and hence not useful. It has, however, been postulated and exemplified that isotropic microstructures (infill) may enhance structural buckling stability but this has yet to be directly proven and optimized. In this work, we optimize buckling stability of multiscale structures with isotropic porous infill. To do this, we establish local density dependent Willam-Warnke yield surfaces based on buckling estimates from Bloch-Floquet-based cell analysis to predict local instability of the homogenized materials. These local buckling-based stress constraints are combined with a global buckling criterion to obtain topology optimized designs that take both local and global buckling stability into account. De-homogenized structures with small and large cell sizes confirm validity of the approach and demonstrate huge structural gains as well as time savings compared to standard singlescale approaches.


翻译:在为最大限度的严格性或最低合规性设计进行多尺度的地形优化方面,已经做了大量工作,这些方法可追溯到1988年Bends pro}e 和 Kikuchi最初的基于同质化的工程,最近由于添加剂制造等制造方法的进步而恢复了这种工程。主要压力方向的Orthotro微型结构为高度高效的严谨性优化设计提供了高效的最佳设计,而对于纯硬性目标而言,松散的异氧微结构是次优化的,因此没有用处。然而,这些方法被假定并被举例说明了,异地微结构(填充)可能增强结构的紧凑稳定,但这一点尚未直接得到验证和优化。在这项工作中,我们优化了多尺度结构的稳定性,以异地高温多孔充填充料为主。为此,我们根据来自Bloch-Floque基细胞分析的坚硬性估算,建立了当地密度依赖Willam-Warnke产地表表表,以预测同质材料的本地不稳定性。这些基于本地压的微微缩微缩微结构的紧张性压力制约与全球规模结构结构的模型的优化设计,以证实了规模的大规模结构的稳定性,从而证明了。

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