Computational Design of Lightweight Structures: Form Finding and Optimization

نویسنده این کتاب یک روش کلی، قوی و آسان برای استفاده را ارائه می دهد که می تواند بسیاری از پارامترهای طراحی را به طور موثر مدیریت کند.
پس از مقدمه، فصل 1 مفاهیم کلی بهینه سازی طرح خرپا را ارائه می دهد که از بهینه سازی توپولوژی که در آن اندازه اجزای ساختاری و اتصال سیستم به طور همزمان بهینه می شوند. برای درک کامل پتانسیل بهینه‌سازی طرح خرپا برای طراحی سازه‌های سبک، در نظر گرفتن متغیرهای هندسی سپس معرفی می‌شود.
فصل 2 به هندسه خرپا و بهینه‌سازی توپولوژی با ترکیب برنامه‌ریزی ریاضی و مکانیک سازه می‌پردازد: ویژگی‌های ساختاری راه حل بهینه برای ابداع فرمول جدید استفاده می شود. برای جلوگیری از ایجاد تکینگی در پیکربندی های بهینه، این رویکرد معادلات تعادل را تفکیک می کند و به طور کامل عناصر اساسی آنها را در فرمول بهینه سازی ادغام می کند. ابزار به دست آمده شامل طراحی الاستیک و پلاستیک، محدودیت های تنش و جابجایی، و همچنین وزن خود و بارگذاری چندگانه است. باریکی ذاتی سازه های سبک نیاز به مطالعه مسائل پایداری دارد.
به عنوان یک راه حل، فصل 3 یک روش مفهومی ساده اما کارآمد را برای گنجاندن محدودیت های پایداری موضعی و گرهی در فرمول پیشنهاد می کند. چندین مثال عددی تأثیر ملاحظات پایداری را بر طراحی بهینه نشان می‌دهد.
در نهایت، بررسی مسائل طراحی واقعی در فصل 4، کاربرد عملی روش پیشنهادی را تأیید می‌کند. نشان داده شده است که چگونه می‌توانیم طیف وسیعی از طرح‌های بهینه را با تنظیمات مختلف طراحی ایجاد کنیم.

The author of this book presents a general, robust, and easy-to-use method that can handle many design parameters efficiently.
Following an introduction, Chapter 1 presents the general concepts of truss layout optimization, starting from topology optimization where structural component sizes and system connectivity are simultaneously optimized. To fully realize the potential of truss layout optimization for the design of lightweight structures, the consideration of geometrical variables is then introduced.
Chapter 2 addresses truss geometry and topology optimization by combining mathematical programming and structural mechanics: the structural properties of the optimal solution are used for devising the novel formulation. To avoid singularities arising in optimal configurations, this approach disaggregates the equilibrium equations and fully integrates their basic elements within the optimization formulation. The resulting tool incorporates elastic and plastic design, stress and displacement constraints, as well as self-weight and multiple loading. The inherent slenderness of lightweight structures requires the study of stability issues.
As a remedy, Chapter 3 proposes a conceptually simple but efficient method to include local and nodal stability constraints in the formulation. Several numerical examples illustrate the impact of stability considerations on the optimal design.
Finally, the investigation on realistic design problems in Chapter 4 confirms the practical applicability of the proposed method. It is shown how we can generate a range of optimal designs by varying design settings.