Phương pháp tối ưu topo đa tỉ lệ xử lý trực tiếp và đồng thời vật liệu ở nhiều cấp độ

Giáo sư Nguyễn Xuân Hùng (Trung tâm nghiên cứu liên ngành, trường Đại học Công nghệ TPHCM) và đồng nghiệp mới có công bố “Design of lattice structures with direct multiscale topology optimization” (Thiết kế các cấu trúc lưới với tối ưu topo đa tỉ lệ trực tiếp) trên Composite Structures.

Composite Structures là tạp chí top Q1 về các cấu trúc hoặc các hợp phần cấu trúc sử dụng vật liệu composite.

Thông thường, việc thiết kế cấu trúc của các vật liệu dạng lưới hoặc vật liệu tế bào thực hiện với rất ít thông tin về vật liệu macro. Thông tin về vật liệu của từng phần tử macro được thu nhận qua việc giảm thiểu quy mô, đồng nhất hóa cấu trúc micro và tính toán các đặc tính của một vật liệu tương đương cho phần tử marco. Cấu trúc dạng lưới được tối ưu một cách đồng thời ở cả mức cấu trúc vĩ mô và vi mô với việc tăng thêm kết nối những ràng buộc, trong khi phân tích phần tử hữu hạn (FEA) và những cập nhất biến thiết kế đòi hỏi nhiều gấp đôi (tại mức vi mô và vĩ mô) cho mỗi vòng tối ưu. Cách tiếp cận như vậy đòi hỏi những máy tính có khả năng xử lý tốt. Thêm vào đó, khi kích thước của những đơn vị lớn ở cấu trúc vĩ mô, phương pháp đồng nhất hóa có thể không còn chính xác như trước.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã đề xuất một cách tiếp cận tối ưu topo đa tỉ lệ cho thiết kế các vật liệu dạng lưới một cách trực tiếp và đồng thời mà không cần đến sự đồng nhất hóa vật liệu tại mức vi mô, sử dụng các hợp phần thích nghi hình học. Họ dùng các hợp phần này để dự đoán độ trường đậm đặc các phần tử vĩ mô và vi mô để tính toán mật độ của các phần tử lưới. Các cấu trúc vĩ mô và vi mô được tối ưu một cách đồng thời, cho thấy các điều kiện biên của cấu trúc tổng thể mà không cần thêm bất kỳ giới hạn nào. Do đó, các nhà nghiên cứu có thể kiểm sóat các mức độ dài tối thiểu của các cấu trúc vĩ mô và mức độ dài của cấu trúc vĩ mô bằng việc đơn giản hóa các phạm vi kích thước của tham số. Một số cấu trúc được tối ưu về mặt topo với những dạng vật liệu lưới khác nhau để đa dạng hóa hiệu quả của phương pháp đề xuất.

Theo Khoahocphattrien