Выбор метода топологической оптимизации для стыковки конструкции с помощью искусственного интеллекта
https://doi.org/10.26907/2541-7746.2026.1.20-37
Аннотация
В работе исследуется эффективность методов топологической оптимизации для проектирования адгезивных соединений многослойных конструкций. Рассмотрены пять типов соединений: вертикальное соединение балок, соединение балок переменного сечения, наклонное соединение, горизонтальное соединение и соединение с локальными граничными условиями. Предложена модификация RAMP-метода в сочетании с методом конечных элементов, адаптированная для задач оптимизации зон адгезии. Проведено сравнительное исследование с методом SIMP, выбранным на основе анализа научной литературы с применением искусственного интеллекта.
Ключевые слова
топологическая оптимизация,
многослойные конструкции,
искусственный интеллект,
композитные материалы,
SIMP,
RAMP
При поддержке: Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 22-11-00160-П.
Об авторах
П. В. Дунченкин
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
Россия
Россия
Павел Владимирович Дунченкин, аспирант
г. Саратов
В. А. Крысько
Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Вадим Анатольевич Крысько, доктор технических наук, профессор
г. Новосибирск
Список литературы
1. Deaton J.D., Grandhi R.V. A survey of structural and multidisciplinary continuum topology optimization: Post 2000 // Struct. Multidiscip. Optim. 2014. V. 49, No 1. P. 1–38. https://doi.org/10.1007/s00158-013-0956-z.
2. Sohn D., Han J., Cho Y.-S., Im S. A finite element scheme with the aid of a new carving technique combined with smoothed integration // Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 2013. V. 254. P. 42–60. https://doi.org/10.1016/j.cma.2012.10.014.
3. Cheng J., Liu Z., Wu Z., Li X., Tan J. Robust optimization of structural dynamic characteristics based on adaptive Kriging model and CNSGA // Struct. Multidiscip. Optim. 2015. V. 51, No 2. P. 423–437. https://doi.org/10.1007/s00158-014-1140-9.
4. Kano R., Ryuzono K., Date S., Abe Y., Okabe T. Structural optimization of composite aircraft wing considering fluid–structure interaction and damage tolerance assessment using continuum damage mechanics // Aerosp. Sci. Technol. 2025. V. 167. Art. 110652. https://doi.org/10.1016/j.ast.2025.110652.
5. Liu B., Yang J., Zhang X., Li X. Topology optimization and lightweight platform development of pure electric vehicle frame-type aluminum body considering crash performance // J. Mater. Eng. Perform. 2025. V. 34, No 3. P. 2424–2434. https://doi.org/10.1007/s11665-024-09239-3.
6. Ziaie B., Velay X., Saleem W. Developing porous hip implants implementing topology optimization based on the bone remodelling model and fatigue failure // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2025. V. 163. Art. 106864. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2024.106864.
7. Bendsøe M.P., Kikuchi N. Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method // Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 1988. V. 71, No 2. P. 197–224. https://doi.org/10.1016/0045-7825(88)90086-2.
8. Bendsøe M.P., Sigmund O. Material interpolation schemes in topology optimization // Arch. Appl. Mech. 1999. V. 69, No 9. P. 635–654. https://doi.org/10.1007/s004190050248.
9. Xie Y.M., Steven G.P. A simple evolutionary procedure for structural optimization // Comput. Struct. 1993. V. 49, No 5. P. 885–896. https://doi.org/10.1016/0045-7949(93)90235-K.
10. Stolpe M., Svanberg K. An alternative interpolation scheme for minimum compliance topology optimization // Struct. Multidiscip. Optim. 2001. V. 22, No 2. P. 116–124. https://doi.org/10.1007/s001580100129.
11. Sigmund O., Maute K. Topology optimization approaches: A comparative review // Struct. Multidiscip. Optim. 2013. V. 48, No 6. P. 1031–1055. https://doi.org/10.1007/s00158-013-0978-6.
12. Zuo K.-T., Chen L.-P., Zhang Y.-Q., Yang J. A hybrid topology optimization algorithm for structural design // Eng. Optim. 2005. V. 37, No 8. P. 849–866. https://doi.org/10.1080/03052150500323856.
13. Krysko A.V., Awrejcewicz J., Dunchenkin P.V., Zhigalov M.V., Krysko V.A. Topological optimization of multilayer structural elements of MEMS/NEMS resonators with an adhesive layer subjected to mechanical loads // Altenbach H., Bauer S., Eremeyev V.A., Mikhasev G.I., Morozov N.F. (Eds.) Recent Approaches in the Theory of Plates and Plate-Like Structures. Ser.: Advanced Structured Materials. V. 151. Cham: Springer, 2022. P. 155–166. https://doi.org/10.1007/978-3-030-87185-7_13.
14. Dunchenkin P.V., Cherekaeva V.A., Yakovleva T.V., Krysko A.V. Topological optimization of interconnection of multilayer composite structures // Computation. 2023. V. 11, No 5. Art. 87. https://doi.org/10.3390/computation11050087.
15. Shariyat M., Jahangiri M. Nonlinear impact and damping investigations of viscoporoelastic functionally graded plates with in-plane diffusion and partial supports // Compos. Struct. 2020. V. 245. Art. 112345. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.112345.
16. Mozolevski I., Prudhomme S. Goal-oriented error estimation based on equilibrated-flux reconstruction for finite element approximations of elliptic problems // Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 2015. V. 288. P. 127–145. https://doi.org/10.1016/j.cma.2014.09.025.
17. Morano Okuno H.R., Sandoval Benitez G. Exploring artificial intelligence for topology optimization in an engineering course // Schlippe T., Cheng E.C.K., Wang T. (Eds.) Artificial Intelligence in Education Technologies: New Development and Innovative Practices. AIET 2024. Ser.: Lecture Notes on Data Engineering and Communications Technologies. V. 228. Singapore: Springer, 2025. P. 478–490. https://doi.org/10.1007/978-981-97-9255-9_33.
18. Halle A., Campanile L.F., Hasse A. An artificial intelligence–assisted design method for topology optimization without pre-optimized training data // Appl. Sci. 2021. V. 11, No 19. Art. 9041. https://doi.org/10.3390/app11199041.
19. Bendsøe M.P., Sigmund O. Topology Optimization: Theory, Methods, and Applications. Berlin, Heidelberg: Springer, 2004. xiv, 370 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-05086-6.
20. Zhou M., Shyy Y.K., Thomas H.L. Checkerboard and minimum member size control in topology optimization // Struct. Multidiscip. Optim. 2001. V. 21, No 2. P. 152–158. https://doi.org/10.1007/s001580050179.
Рецензия
Для цитирования:
Дунченкин П.В., Крысько В.А. Выбор метода топологической оптимизации для стыковки конструкции с помощью искусственного интеллекта. Ученые записки Казанского университета. Серия Физико-математические науки. 2026;168(1):20-37. https://doi.org/10.26907/2541-7746.2026.1.20-37
For citation:
Dunchenkin P.V., Krysko V.A. Selecting a topology optimization method for structural joints using artificial intelligence. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki. 2026;168(1):20-37. (In Russ.) https://doi.org/10.26907/2541-7746.2026.1.20-37
Послать статью по эл. почте 