Topoloģijas optimizācija stieņu sistēmu modeļiem

Abstract

Topoloģijas optimizācijas paņēmieni ir moderns veids lai veidot efektīvus risinājumus tehniskām problēmām. Šajā darbā tiks apskatīts topoloģijas optimizācijas piegājiens lai izveidot optimālo stieņu modeli. Stieņu modeļu sistēmas ir plaši lietotas buvmehānikā, inženierijā un var būt derīgi sadzīvē. Iegūtie rezultāti palīdzēs taupīt ražošanas materiālus, enerģiju. Stieņu sistēmu galvenais pielietojums, kas būs apskatīts ir spiesto-stieptu elementu modeļi, bet rezultāti var būt viegli adaptēti arī citiem vajadzīgiem aprēķiniem. Šajā darbā ir smalki aplūkots pilns aprēķinu cikls, kas no topoloģijas optimizācijas uzdevuma, aprēķinot to ar galīgo elementu metodi ar vairākiem pārveidojumiem tiek iegūts praksē derīgs spiesto-stieptu elementu modelis. Ir izrakstītas un pievienotas visas tām nepieciešamas MATLAB programmas un izskaidrota to loģika.

Topology optimization (TO) methods are a modern way to calculate the most efficient solutions for structural engineering problems. This paper demonstrates an approach for finding optimal structural system based on TO. These systems are used in construction engineering both as standalone structures like trusses and as a method to approximate loads. One of them is Strut-and-Tie (ST) method which helps testing concrete structures and constructions with non-linear loads. It is important to use correct geometry to predict deformations and to optimize structures, thus saving resources. The full cycle of creating a valid ST model from TO results, analyzed with finite element method, is described in this paper and all the MATLAB codes written, are attached. The process can be modified to achieve required results and each part can be replaced.