Purpose: This is an attempt to better bridge the gap between the mathematical and the engineering/physical aspects of the topic. We trace the different sources of non-convexification in the context of topology optimization problems starting from domain discretization, passing through penalization for discreteness and effects of filtering methods, and end with a note on continuation methods. Design/Methodology/Approach: Starting from the global optimum of the compliance minimization problem, we employ analytical tools to investigate how intermediate density penalization affects the convexity of the problem, the potential penalization-like effects of various filtering techniques, how continuation methods can be used to approach the global optimum, and how the initial guess has some weight in determining the final optimum. Findings: The non-convexification effects of the penalization of intermediate density elements simply overshadows any other type of non-convexification introduced into the problem, mainly due to its severity and locality. Continuation methods are strongly recommended to overcome the problem of local minima, albeit its step and convergence criteria are left to the user depending on the type of application. Originality/Value: In this article, we present a comprehensive treatment of the sources of non-convexity in density-based topology optimization problems, with a focus on linear elastic compliance minimization. We put special emphasis on the potential penalization-like effects of various filtering techniques through a detailed mathematical treatment.


翻译:目的:这是为了更好地弥合本专题数学和工程/物理方面之间的差距。我们从领域离散、通过对分解法的处罚和过滤法的影响,并用关于延续方法的说明来结束。设计/计量学/程序:从全球最佳遵守问题开始,我们使用分析工具来调查中间密度惩罚如何影响问题的共性、各种过滤技术的潜在惩罚效果、继续方法如何接近全球最佳,以及最初的猜测如何在确定最终最佳方面有一定的份量。结果:中间密度要素的处罚的非同化影响仅仅掩盖了在问题中引入的任何其他类型的非同化影响,主要是因为其严重程度和地点。我们强烈建议采用持续方法来克服当地迷性问题,尽管其步骤和趋同标准取决于应用类型,但用户仍可自行决定其步骤和趋同标准,如何使用全球最佳的方法,以及最初的猜测在确定最终最佳程度时具有一定的份量。结论:中间密度要素的处罚的非同化效果,仅仅掩盖了主要由于其严重程度和地点,我们目前从不精确程度的角度全面处理。

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