Two-stage optimization method with fatigue constraints for thin-walled structures

The paper describes a two-stage approach to optimization of thin-walled structures. The optimization procedure takes into consideration highcycle fatigue constraints. Hence, Dang Van's criterion for fatigue damage estimation is used. In the first stage of optimization, a parametric model and evolutionary algorithms are used. The topology optimization method is applied in the second stage. The work is illustrated by an example of optimization of a thin-walled mechanical structure subjected to high-cycle load conditions. In both stages of the optimization, the same parametric FE model, boundary conditions and constraints were used. The topology optimization applied in the second stage of optimization significantly improved the final result. The optimization methodology allowed to effectively lower the mass of the structure maintaining its durability on an established level.

Artykuł opisuje dwuetapowe podejście do optymalizacji konstrukcji cienkościennych uwzględniające wysoko-cyklowe ograniczenia zmęczeniowe. Do oszacowania uszkodzenia zmęczeniowych w procedurze optymalizacyjnej użyto hipotezy Dang Van'a. W pierwszym etapie optymalizacji został zastosowany model parametryczny oraz algorytmy ewolucyjne. W etapie drugim wykorzystano metodę optymalizacji topologicznej. Działanie algorytmu optymalizacyjnej zilustrowana na przykładzie cienkościennej konstrukcji mechanicznej poddanej wysoko-cyklowemu reżimowi obciążeń. Dla obu etapów optymalizacji użyto tego samego model parametrycznego MES oraz takich samych warunków brzegowych i ograniczeń. Zauważono, że zastosowana w drugim etapie optymalizacja topologiczna znacząco poprawiła końcową wartość funkcji celu. Zaprezentowana w pracy metodyka optymalizacyjna pozwoliła skutecznie obniżyć masę konstrukcji, utrzymując jej trwałość zmęczeniową na założonym poziomie.