Штучний інтелект

Науковий журнал

ISSN 2710-1673

ONLINE: ISSN 2710-1681

Шукати за:

Роком видання
Автором
Назвою статті

Сучасний метод оптимізації топології виробів у аддитивному виробництві

Яськов Г.М.1, Чугай А.М.1, Романова Т.Є.1, Шеховцов С.Б.4
1 Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного Національної академії наук України
4 Iнститут проблем машинобудування iм. А.М. Пiдгорного НАН України
chugay.andrey80@gmail.com
https://orcid.org/0000-0002-1476-1818https://orcid.org/0000-0002-4079-5632https://orcid.org/0000-0002-8618-4917https://orcid.org/0000-0003-2381-7999

Повний текст (PDF)

УДК: 519.85
Мова публікації: Українська
Stuc. intelekt. 2022; 27; (1):301-310

Анотація: У статті розглядається задача оптимізації топології виробів у аддитивному виробництві завдяки оптимальному розміщенню кругових отворів. Задачу зведено до пакування кількох кругів змінних радіусів, заданих у межах, встановлених стандартами 3D-друку. Запропоновано двокритеріальне формулювання, в якому враховуються коефіцієнт пакування та максимальне механічне напруження виробів. Для пошуку компромісного розв’язку задачі застосовано метод головного критерію. Розроблено новий підхід, який грунтується на модифікованому методі Аполонієвих пакувань кругів та нелінійній оптимізації. Наведено числові приклади та графічну ілюстрацію результатів.

Ключові слова: аддитивне виробництво, оптимізація топології, двокритеріальна задача, метод головного критерію, пакування кругів, нелінійна оптимізація.

Посилання:

  1. O. Sigmund, K. Maute, Struct topology optimization approaches, Structural and Multidisciplinary Optimization 48 (2013) 1031–1055. doi:10.1007/s00158-013-0978-6.
  2. J. Liu, Y. Ma, A survey of manufacturing oriented topology optimization methods, Advances in Engineering Softwar 100 (2016) 161–175. doi:10.1016/j.advengsoft.2016.07.017.
  3. A. Ramya, S. I. Vanapalli, 3D printing technologies in various applications, International Journal of Mechanical Engineering and Technology 7 (2016) 396–409. Available from: http://www.iaeme.com/ currentissue.asp?JType=IJMET&VType=7&IType=3.
  4. J. D. Deaton, R. V. Grandhi, A survey of structural and multidisciplinary continuum topology optimization: post 2000, Structural and Multidisciplinary Optimization 49 (2014) 1–38. doi:10.1007/s00158-013-0956-z.
  5. K. Miettinen, Nonlinear Multiobjective Optimization, Springer Science & Business Media, 2012.
  6. N. Gunantara, Q. Ai, A review of multi-objective optimization: Methods and its applications, Cogent Engineering, 5:1 (2018). doi:10.1080/23311916.2018.1502242.
  7. Черноруцкий И. Г. Методы принятия решений. — СПб.: БХВ-Петербург, 2005. — 416 с .
  8. W. Chen, M. Jiao, C. Kessler, A. Malik, X. Zhang, Spatial Statistics of Apollonian Gaskets, Experimental Mathematics 28 (2019) 263270. doi:10.1080/10586458.2017.1385037.
  9. F. J. Kampas, J. D. Pintér, I. Castillo, Packing ovals in optimized regular polygons, J Glob Optim 77 (2020) 175–196. doi:10.1007/s10898-019-00824-8.
  10. S. P. Fekete, S. Morr, C. Scheffer, Split Packing: Algorithms for Packing Circles with Optimal Worst-Case Density, Discrete Comput Geom 61 (2019) 562–594. doi:10.1007/s00454-018-0020-2.
  11. Y. Stoyan, G. Yaskov, T. Romanova, I. Litvinchev, S. Yakovlev, J. M. Velarde Cantú, Optimized packing multidimensional hyperspheres: a unified approach, Math Biosci Eng. 17 (2020) 6601–6630. doi:10.3934/mbe.2020344.
  12. S. Yakovlev, O. Kartashov, K. Korobchynskyi, B. Skripka, Numerical Results of Variable Radii Method in the Unequal Circles Packing Problem, in: Proceedings of 2019 IEEE 15th International Conference on the Experience of Designing and Application of CAD Systems (CADSM), Polyana, Ukraine, (2019), pp. 1–4. doi:10.1109/CADSM.2019.8779288.
  13. Y. Stoyan, G. Yaskov, Packing equal circles into a circle with circular prohibited areas, International Journal of Computer Mathematics 89 (2012) 1355–1369. doi:10.1080/00207160. 2012.685468.
  14. S. Yakovlev, The Expanding Space Method in Sphere Packing Problem, in: S. Babichev, V. Lytvynenko, W. Wójcik, S. Vyshemyrskaya (Eds.), Lecture Notes in Computational Intelligence and Decision Making, ISDMCI 2020, Advances in Intelligent Systems and Computing, volume 1246, Springer, Cham, 2021, pp. 151–163. doi:10.1007/978-3-030-54215-3_10.
  15. E. Specht, www.packomania.com, 2020. Available from: http://packomania.com.
  16. I. Yanchevskyi, R. Lachmayer, I. Mozgova, R-B. Lippert, G. Yaskov, T. Romanova, I. Litvinchev, Circular packing for support-free structures, EAI Endorsed Transactions 7 (2020). doi:10.4108/eai.13-7-2018.164561.
  17. R. A. Alaimo, Overlap Packing Optimization for Spacecraft Layout Design. M.S. thesis. The University of North Carolina, Charlotte, NC, 2018.
  18. J. Lim, C. You, I. Dayyani, Multi-objective topology optimization and structural analysis of periodic spaceframe structures, Materials & Design 190 (2020) 108552. doi:10.1016/ j.matdes.2020.108552.
  19. T. Romanova, Y. Stoyan, A. Pankratov, I. Litvinchev, I. Yanchevsky, I. Mozgova, Optimal Packing in Additive Manufacturing, IFAC-PapersOnLine 52 (2019) 2758–2763. doi:10.1016/j.ifacol.2019.11.625.
  20. E. M. Kiseleva, Y. E. Kadochnikova, Solving a Continuous Single-product Problem of Optimal Partitioning with Additional Conditions, Journal of Automation and Information Sciences 41 (2009) 48–63. doi: 10.1615/JAutomatInfScien.v41.i7.30.
  21. N. Chernov, Y. Stoyan, T. Romanova, Mathematical model and efficient algorithms for object packing problem, Computational Geometry: Theory and Applications 43 (2014) 535–553. doi:10.1016/j.comgeo.2009.12.003.
  22. P. I. Stetsyuk, T. E. Romanova, G. Scheithauer, On the global minimum in a balanced circular packing problem, Optim Lett 10 (2016) 1347–1360. doi:10.1007/s11590-015-0937-9.
  23. A. Wächter, L. T. Biegler, On the implementation of a primal-dual interior point filter line search algorithm for large-scale nonlinear programming, Math. Program. 106 (2006) 25–57. doi:10.1007/s10107-004-0559-y.
  24. G. Waescher, H. Haussner, An improved typology of cutting and packing problems. European Journal of Operational Research 183 (2007) 1109–1130. doi:10.1016/j.ejor.2005.12.047.
  25. G. Yaskov, A. Chugay, Packing equal spheres by means of the block coordinate descent method, CMIS (2020) 156–168.
  26. S. Torquato, A. Donev, F. H. Stillinger, Breakdown of elasticity theory for jammed hard-particle packings: conical nonlinear constitutive theory, International Journal of Solids and Structures 40 (2003) 7143–7153. doi:10.1016/S0020-7683(03)00359-7.
  27. A.V. Pankratov, Т.Е. Romanova, A.М. Chugay, Y.Е. Stojan. Optimization of packing polyhedra in spherical and cylindrical containers. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, -№4 (1), pp. 39-47 (2016).

Переглянути повний текст статті (PDF)