New theoretical and numerical methods of topology optimization of structures in case of deterministic and stochastic problems  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
62555
Type K
Principal investigator Lógó, János
Title in Hungarian Új elméleti és numerikus módszerek tartószerkezetek topológia optimálására determinisztikus és stochasztikus feladatok esetén
Title in English New theoretical and numerical methods of topology optimization of structures in case of deterministic and stochastic problems
Keywords in Hungarian topológia optimálás, stochasztikus programozás, véges elem módszer
Keywords in English topology optimization, stochastic programming, finite element method
Discipline
Technical Mechanics (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Department of Structural Mechanics (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Kaliszky, Sándor
Pomezanski, Vanda Olimpia
Rozványi, György Iván
Vásárhelyiné dr. Szabó, Anna
Starting date 2006-02-01
Closing date 2010-01-31
Funding (in million HUF) 14.356
FTE (full time equivalent) 9.09
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás az alábbi feladatokkal kíván foglalkozni:
(A) Determinisztikus feladatok esetében:
Új módszer kidolgozása a szinguláris topológiák által okozott komoly számítástechnikai nehézségek elkerülésére a Prager és Rozványi által kifejlesztett „layout theory” (elrendezési elmélet) alapján.
A jelenleg általánosan használt u.n. SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization for intermediate density = tömör izotróp anyag a közbenső sűrűségek bűntetésével) módszer alkalmazása olyan új területeken, ahol feszültségi mellékfeltételek vagy kombinált elmozdulási és feszültségi mellékfeltételek vannak megadva.
(B) Stochasztikus feladatok esetében
A valóságos szerkezetek esetében mind a szerkezet, mind a peremfeltételek (terhelés, megtámasztások) tartalmaznak stochasztikus elemeket. Az esetek többségében a támaszok elméleti helye, a terheket nagyságának, irányának és támadáspontjának csak a legvalószínűbb helye ismert. Az értékek eloszlása a tapasztalatok alapján könnyen meghatározható. A kutatási feladat ezen része három alapfeladat vizsgálatát tűzi ki célul: térfogat minmálás valószínűséggel korlátozott “compliance” mellékfeltétel esetén, míg a másik két modellben a terhek illetve a támaszok megadása tartalmaz válószínűségi változókat. A feladatokat a SIMP módszer kiterjesztésével, általánosításával kívánjuk megoldani. A kapott eredményeket összehasonlítjuk a determinisztikus modelleknél kapott eredményekkel.
Summary
A) In case of deterministic problems:
New methods for the avoidance of computational difficulties caused by singular topologies will be developed on the basis of the “layout theory” introduced by Prager and Rozvany.
The application of the SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization for intermediate density) method in new areas where stress constraints or combined displacement and stress constraints are given.
(B)In case of stochastic problems:
Probabilistic approach to account in a more rational way the fact that the precise strength of a structure is not known, among the constraints there are probabilistic inequalities and perhaps even more importantly, the fact that the loadings applied to the structure are not known with any degree of precision. The introduced probabilistic topology optimization method contains three types of models: minimum volume design subjected to compliance constraint which has uncertainties. In the other two models the loading conditions and supports contain uncertainties. The models are based on the extension of the SIMP method.
The results of deterministic and the stochastic models are compared.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A topológia optimálás terén új eredményeket értünk el a ''sakk-tábla'' mintázat elkerülésére. Új büntetőfüggvények kerültek kifejlesztésre. Továbbfejlesztettük a 2D-s algoritmust. Új algoritmust vezettünk be 3D-s feladatok kapcsán. Új analitikus topológiákat határoztunk meg. Támaszoptimálással kapcsolatos problémát eredményesen oldottunk meg. Szinguláris topológiák elkerülésére eljárást dolgoztunk ki. A sztochasztikus optimálás terén új, iterációs eljárásra alkalmas algoritmusokat fejlesztettünk ki és alkalmaztuk valószínűségi változóval korlátozott mellékfeltétel esetén. A valószínűségi változókkal leírt terhek (teher nagyság) esetén a topológia optimálási feladatok algoritmusának kifejlesztését elvégeztük. Első lépésként a korrelálatlan terhek esetét vizsgáltuk és adtunk iterációs algoritmust és numerikus megoldást. Később megalkottuk és sikeresen alkalmaztuk az algoritmust korrelált terhek esetére. A számítógépes programjaink lehetővé teszik a parametrikus vizsgálatokat. Összefoglaló közleményeink átfogó képet adnak a területről. Eredményes kutatást folytattunk félig-merev kapcsolatú keretszerkezetek beállás és képlékeny határállapotának vizsgálata területén is. Munkáinkat számos (összesen 52) nemzetközi publikációban és konferencián ismertettük. A publikációnkra már hivatkozások is történtek. A kutatás eredményeként egy akadémiai és egy PhD disszertáció beadásra került. Egy további PhD disszertáció pedig beadás előtt van.
Results in English
New results were elaborated to avoid “checker-board” pattern. New penalty functions were suggested and the 2D solutions were extended into 3D. New analytical topologies were calculated. The traditional topology optimization algorithm was extended to solve support optimization problems. New methods for the avoidance of computational difficulties caused by singular topologies were developed on the basis of the “layout theory” introduced by Prager and Rozvany. Probabilistic approaches were developed to extend the traditional topology optimization problem. The introduced probabilistic topology optimization methods contain two types of models: minimum volume design subjected to compliance constraint which has uncertainties and in the other models the loading conditions contain uncertainties. The elaborated algorithms and computer programs provide appropriate tools to perform parametric studies. In addition the shakedown theory was applied in case of semi-rigid connections. During the research period 52 reports were published at international conferences and journals. Two doctoral dissertations have been submitted and an other one is almost ready to submit.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=62555
Decision
Yes





 

List of publications

  
Lógó, J., Kaliszky, S., Hjiaj, M.: Optimal Design of Elasto-plastic Steel Frames Loaded by Normal and extreme Loads and Subjected to Displacement, Deformation and Stress Constraints, Peridica Polytechnica Civil Engineering, Vol. 50. No.2., 2006
Rozvany, G.I.N., Lewinski, T., Lógó, J., Pomezanski, V.: New Exact Analytical Solutions as Benchmarks for Numerical Topology Optimization, Proc. of the 8th Int. Conf. on Computational Structures Technology, B.H.V. Topping, G. Montero and R. Montenegro, (Editors), Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, 2006
Lógó, J., Kaliszky, S., Ghaemi, M.: Topology Optimization Using Probabilistic Compliance Constraints, Proc. of the 8th Int. Conf. on Computational Structures Technology, B.H.V. Topping, G. Montero and R. Montenegro, (Editors), Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, 2006
Lógó, J., Ghaemi, M.,: Vásárhelyi, A.: Topology Optimization in the Case of Uncertain Loading Conditions, Proc. of the 8th Int. Conf. on Computational Structures Technology, B.H.V. Topping, G. Montero and R. Montenegro, (Editors), Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, 2006
Rozvany G.I.N., Lewinski T., Querrin, O., Lógó J.: Quality Control in Topology Optimization Using Analytically Derived Benchmarks, Proc of the 11th AIAA/ISSMO MAO Conference, Sept.6-8, 2006 Portsmooth, USA, paper No.: AIAA 2006-6940, 2006
Lógó, J., Kaliszky, S. and Ghaemi, M.: Stochastic Topology Optimization based on Optimality Criteria Method, Proceedings of the 6th European Solid Mechanics Conference, Budapest, Hungary, August 28- September 1, 2006., 2006
Ghaemi, M., Lógó, J. and Vásárhelyi, A.: Iterative Procedure based Probabilistic Topology Optimization, Proceedings of the 6th European Solid Mechanics Conference, Budapest, Hungary, August 28- September 1, 2006., 2006
Lógó, J.: Topology Optimization in Case of Different Boundary Conditions by Iterative Method, Journal of Computational and Applied Mechanics, Vol.7. No.1., 2006
Rozvany, G.I.N., Querin, O.M., Lógó, J., Pomezanski, V.: Exact Analytical Theory of Topology Optimization with Some Pre-existing Members or Elements, Journal of Structural and Multidisciplinary Optimization, (2006), 31, (5), pp. 373-377, 2006
Rozvany, G.I.N., Querin, O.M., Pomezanski, V., Gáspár, Zs., Lógó J.: Some Basic Issues of Topology Optimization, IUTAM Symposium on Topological Design Optimization of Structures, Machines and Materials, -Status and Perspectives-, eds by Bendsoe, M., Olh, (2006), 31, (5), pp. 373-377, 2006
Szőke D., Lógó J.: Optimum Suspension Parameters for Road Vehicles, VSDIA 2006, 6 - 9 Nov 2006, BUDAPEST, CD 8 old., 2006
V. Pomezanski: Corner-Contact Penalty Functions in Plane and in Space, Second International PhD Symposium in Engineering, October, 2006
V. Pomezanski, G.I.N. Rozvany: Corner contact penalization, 6th European Solid Mechanics Conference, Budapest, 2006. aug. 28 -sept. 1. 2 p. CD., 2006
V. Pomezanski: Numerical Methods to Avoid Topological Singularities, the Eighth Int. Conf. of Structures Technology, Las Palmas de Gran Canaria - Spain, 12-15 Sept. 2006. pp. 489-490., 2006
Lógó, J.: New Type of Optimality Criteria Method in Case of Probabilistic Loading Conditions, Mechanics Based Design of Structures and Machines, 35, (2), pp.147-162, 2007
Lógó, J.: Economic Design of Metal Structures by Farkas, J., Jármai, K., Book review, Journal of Structural and Multidisciplinary Optimization, 34, (2), pp.179-180, 2007
Lógó, J.: Optimal Limit Design of Elasto-Plastic Structures for Time-dependent Loading, Journal of Structural and Multidisciplinary Optimization, 33, (3), pp.269-273, 2007
Lógó, J.: On the Optimal Topologies for Correlated Loading, Proc. of 7th World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization, May 21-25, 2007, Seoul, Korea, 9 old CD paper, ISBN 978-959384-2-3-98550., 2007
Lógó J.. Ghaemi M.: Parametric Study on Optimal Topologies in Case of Probabilistic Loading, Proceedings of the Eleventh International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing, B.H.V. Topping, (Editor), Civil-Comp Press, Stirlingshi, 2007
Lógó, J.: Lineárisan rugalmas szerkezetek topológiaoptimálása, Tanulmányok a Bajai III. Béla Gimnázium jubileumára, szerkesztő: Mayer János, Bajapress, Baja, (2007), pp.237-267., 2007
Pomezanski V: Topológia optimálási módszerek eredményei és azok összehasonlítása, X. Magyar Mechanikai Konferencia, Az előadások összefoglalói, Miskolci Egyetem, Miskolc, 2007. augusztus 27-29., 2007
Pomezanski V: Controlling Single-Node Connections in Plane and in Space, Proceedings of the Fifteenth UK Conference of the Assocociation of Computational Mechanics in Engineering B.H.V. Topping, (Editor), paper 58,, 2007
Pomezanski V: Comparing the End-Results of the TNO and SIMP Methods of Topology, Proc. of The Eleventh International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing, Malta,18-21 September 2007., 2007
Lewinski, T., Rozvany, G.I.N: Exact analytical solutions for some popular benchmark problems in topology optimization II: three-sided polygonal supports, Struct Multidisc Optimizitaion 33, 4-5, 337–349, 2007
Rozvany, G.I.N.: A critical investigation of industrially used structural topology optimization methods, Proc. of 7th World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization, May 21-25, 2007, Seoul, Korea, CD paper, ISBN 978-959384-2-3-98550., 2007
Ghaemi, M., Lógó, J.: Probabilistic Topology Optimization, Proc. of. 16th Inter-Institute Seminar, Wien, May 18-20, 2007, p.26., 2007
Kaliszky S., Lógó, J.: Shakedown and Limit Analysis of Framed Steel Structures with Semi-rigid Connections, Proc. of. 16th Inter-Institute Seminar, Wien, May 18-20, 2007, p.5., 2007
Kaliszky S., Lógó, J.: The Influence of Semi-rigid Connections on the Shakedown of Elasto-plastic Frames, Proc. of. ICIAM07, July 16-20, Zurich, 2007
Kaliszky, S.; Lógó, J.: The Influence of Semi-rigid Connections on the Shakedown of Elasto-plastic Frames, Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics, (2007),Published Online: Mar 31 2008 9:06AM DOI: 10.1002/pamm.200700156, Volume 7, Issue 1 , pp.4040009-4040010, 2008
Lógó, J.; Vásárhelyi, A.; Movahedi Rad, M.; and Stocki R.: Reliability based limit analysis of steel frames with limited residual strain energy capacity., GAMM, Wissenschaftliche Jahrestagung 2008. Bremen, 31 March-4 April 2008, Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics, (2008), .pp. in press 4 pages, 2008
Lógó J.. Movahedi Rad, M.; Knabel, J.; Hortobágyi, Z.:: Reliability based limit analysis and shakedown of framed structures with limited residual strain energy capacity, Proceedings of the Ninth International Conference on Computational Structures Technology, B.H.V. Topping, M. Papadrakakis (Editors), Civil-Comp Press, Stirlingshire, Unit, 2008
Lógó J.. Ghaemi M.; Movahedi Rad, M.: Optimal Topologies with Loading Uncertanities, Proceedings of 8th. World Congress on Computational Mechanics (WCCM8), 5th. European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS 2008), 2008
Lógó J..: Probability Based Topology Optimization in Structural Mechanics, IST, Lisboa, Portugal, 2008, junius 11, 2008
G. I. N. Rozvany: Exact analytical solutions for benchmark problems in probabilistic topology optimization, EngOpt 2008, Rio de Janeiro, Brazilia, 30.05-07.06,2008, 2008
G. I. N. Rozvany: Topology optimization of structures – an overview (Keynote lecture), Proceedings of 8th. World Congress on Computational Mechanics (WCCM8), 5th. European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS 2008), 2008
G. I. N. Rozvany and O. M. Querin: Extended optimality or hyperoptimality in topology optimization: recent results and implications, 7th ASMO UK/ISSMO conference on Engineering Design Optimization, Bath, Anglia, 07-08.07.2008, 2008
G. I. N. Rozvany: Analytical benchmarks in topology optimization – including probabilistic design, 12th AIAA/ ISSMO MA&O conference, Victoria, Kanada, 10-12-09.2008, 2008
Lógó, J.; Ghaemi, M.; Vásárhelyi, A.: Stochastic Compliance Constrained Topology Optimization Based On Optimality Criteria Method, Peridica Polytechnica Civil Engineering, (2007), 51(2), pp.5-10., 2007
Pomezanski V: Topology Optimization of Trusses Modeled Similar to Truss-like Structures, Ninth International Conference on Computational Structures Technology. Athens, Greece. 2-5 September 2008. Proceedings book by Civil-Comp Press, paper 174. ISBN 978-1-905, 2008
Pomezanski V: Heuristic Features of the Extended SIMP Algorithm in Topology Optimization, in Topping, B.H.V.; Costa Neves, L.F.; Barros, R.C. (Editors), Proceedings of the Twelfth International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Comp, 2009
Rozvany, G.I.N.: Traditional vs. extended optimality in topology optimization, Journal of Structural and Multidisciplinary Optimization, Volume: 37 Issue: 3 Pages: 319-323 Published: JAN 2009, 2009
Rozvany, G.I.N.: A critical review of established methods of structural topology optimization, Journal of Structural and Multidisciplinary Optimization, Volume: 37 Issue: 3 Pages: 217-237, 2009
Movahedi Rad M, Lógó J, Hjiaj M: RELIABILITY BASED ANALYSIS AND OPTIMUM DESIGN OF FRAMES., In: Proc. of. 17th Inter-Institute Seminar. Krakow, Lengyelország, 2009.05.22, 2009
Majid Movahedi RAD, János LÓGÓ, Jaroslaw KNABEL, Piotr TAUZOWSKI: Reliability based limit design of frames with limited residual strain energy capacity., In: GAMM 2009. Gdansk, Lengyelország, 2009.02.09-2009.02.13., 2009
Majid Movahedi RAD, János LÓGÓ, Jaroslaw KNABEL, Piotr TAUZOWSKI: Reliability based limit design of frames with limited residual strain energy capacity., PROCEEDINGS IN APPLIED MATHEMATICS AND MECHANICS (PAMM) 9:(1) pp. 1-2. (2009), 2009
Logo J, Movahedi Rad M, Tamássy T, Knabel J, Tauzowski P: Reliability Based Optimal Design of Frames with Limited Residual Strain Energy Capacity., In: B H V Topping, L F Costa Neves, R C Barros (szerk.) Proceedings of the Twelfth International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing., 2009
Lógó J, Ghaemi M, Movahedi Rad M: Optimal topologies in case of probabilistic loading: The influence of load correlation., MECHANICS BASED DESIGN OF STRUCTURES AND MACHINES 37:(3) pp. 327-348., 2009
Lógó J, Movahedi Rad M, Kaliszky S: Optimal Design of Elasto-plastic Structures Subjected to Stochastic Extreme Loads., WCSMO-8: 8th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization. Lisbon, Portugália, 2009.06.01, 2009
Kaliszky S, Lógó J, Movahedi Rad M: New hardening and softening material models to the elasto-plastic analysis of bar structures., In: Szekeres A (szerk.)FUDoM 09 Finno-Ugric International Conference of Mechanics with Special Symposia. Ráckeve, Magyarország, 2009.08.23-2009.08.29., 2009
Rozvany G.I.N.: Further progress with analytical benchmarks for probabilistic topology optimization, WCSMO-8: 8th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization. Lisbon, Portugália, 2009.06.01, 2009
Rozvany G.I.N.: Topology optimization: past history and new developments, US Nat. Cong. On Comp. Mech., Columbus, Ohio, USA, Jul. 16-19, 2009, 2009
Rozvany G.I.N.: Structural topology optimization: an overview, 1st Congress on Struct. Multidisc. Optim. Dalian, China , 3-4 Sept., 2009, 2009



Back »