Adaptation of Topologic Optimized Structures Based on Skeletonization

  • A. Mendoza San Agustín Centro de Diseño Mecánico e Innovación Tecnológica Facultad de Ingeniería Universidad Nacional Autónoma de México
  • F. Velázquez Villegas Centro de Diseño Mecánico e Innovación Tecnológica Facultad de Ingeniería Universidad Nacional Autónoma de México
  • A. Zepeda Sánchez Centro de Diseño Mecánico e Innovación Tecnológica Facultad de Ingeniería Universidad Nacional Autónoma de México
Palabras clave: Diseño óptimo, diseño estructural, esqueletonización

Resumen

El diseño estructural basado en métodos de optimización es muy eficiente en la generación de estructuras de peso mínimo, máxima rigidez, etc.; sin embargo, tiene la desventaja de genera geometría muy complejas, cuya manufactura es difícil o imposible.Por ello, estas geometrías deben ser adaptadas a los procesos de manufactura, de tal forma que se obtienen soluciones de diseño viables. Durante el proceso de adaptación, varias de las características óptimas se pierden. Para minimizar esta pérdida se propone un método de adaptación, basado en esqueletonización, para soluciones topológicas. El objetivo es generar una estructura manufacturable a partir de una solución topológica, considerando miembros estructurales estándar. En este trabajo, se desarrolló un algoritmo para interpretar y adaptar soluciones topológicas. Esqueletonización se aplica para obtener una representación simplificada de la solución óptima, sin perder su topología. El resultado se transforma en un conjunto de líneas rectas unidad por vértices. Estas líneas son reemplazadas por miembros estándar de sección transversal parametrizada. Mediante optimización de forma las dimensiones de la sección transversal son definidas. Como ejemplo, se aplica el método al diseño de una viga corta en cantiléver, obteniendo una estructura completamente.: manufacturable, cuyas características topológicas son preservadas.

Citas

Chyi-Yeu, L., & Shin-Hong, L. (2005). Artificial neural network based hole image interpretation techniques for integrated topology and shape optimization. Computer methods in applied mechanics and engineering(194), 3817-3837.

Ming-Hsiu, H., & Yeh-Liang, H. (2005). Interpreting three-dimensional structural topology optimization results. Computers & Structures(83), 327-337.

Yeh-Liang, H., Ming-Sho, H., & Chuan-Tang, C. (2001). Interpreting results from topology optimization using density contours. Computers & Structures(79), 1049-1058.

Xie, M.Y. and Steven G. P. (1997). Evolutionary structural optimization, Springer.

Huang X. and Xie Y.M. (2010). Evolutionary Topology Optimization of Continuum Structures: Methods and Applications, Wiley.

Camacho, F. A. (2011). Grupo de diseño mecánico óptimo : diseño conceptual de un vehículo eléctrico de reparto, modelado como un monocasco. Tesis. Ciudad Universitaria, Mexico D.F.: UNAM, Facultad de Ingeniería.

Gonzalez, R.C. and Woods, R.E. (2008). Digital Image Processing. New Jersey. Pearson-Prentice Hall.

Bai, X., Latecki, L.J. and Liu, W.Y. (2007). Skeleton Pruning by Contour Partitioning with Discrete Curve Evolution. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol(29), 1-14.

Sethian, J.A. (1999). Level set methods and fast marching methods, 2nd ed. New York. Cambridge University Press.

Prinz, F.B. and Chern, J.H. (1988). Geometric abstractions using medial axis transformation, Research Showcase. Carnegie Mellon University.

Andrés Solís Montero and Jochen Lang (2012). Skeleton pruning by contour approximation and the integer medial axis transform. Computers & Graphics, Vol(36), 477-487.

Bahtti, M.A. (2005). Fundamental finite element analysis and applications: with Mathematica and Matlab computations. New Jersey, John Wiley & Sons Inc.

Querin, O.M. (1997). Evolutionary Structural Optimization: strees based formulation and implementation, Ph. D. thesis, Department of Aeronautical Engineering, University of Sydney, Australia.

Publicado
2018-03-16
Sección
Artículos