Topology Design of Structures Subjected to Periodic Loading

Jog, C. S.

doi:10.1006/jsvi.2001.4075

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“…In contrast, because of the decrease of stiffness under high excitation frequency, optimization cannot motivate the material to distribute among the loading path, therefore it failed to generate a clear configuration (Figure 4b). Similar distorted configurations can be found in references [14,15].…”

Section: Distorted Configurationsupporting

confidence: 66%

“…Jog [14] presented that the topology optimization for minimizing displacement amplitude at a user-defined point in the structure may result in distorted configurations with large amount of intermediate density elements. Olhoff and Du [15] minimized the dynamic compliance of structure subject to harmonic loads, optimization results show that when the natural resonance frequency of the initial structure is less than the given excitation frequency, the natural resonance frequency will decrease and the static compliance of the structure will increase very quickly.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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A MAC based excitation frequency increasing method for structural topology optimization under harmonic excitations

Liu

Zhu

et al. 2017

Int. J. Simul. Multisci. Des. Optim.

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-This work is focused on the topology optimization of structures that are subjected to harmonic force excitation with prescribed frequency and amplitude. As an important objective of such a design problem, the natural resonance frequency of the structure is driven far away from the prescribed excitation frequency for the purpose of avoiding resonance and reducing the vibration level. Therefore when the excitation frequency is higher than the natural resonance frequency of the structure, the natural resonance frequency will decrease, then the optimum topology configuration will be distorted with large amount of gray elements. A MAC (Modal Assurance Criteria) based excitation frequency increasing method is proposed to obtain a desired configuration. MAC is adopted here to track the natural resonance frequency which can provide the baseline reference for the current excitation frequency during the optimum iterative procedure. Then the excitation frequency increases progressively up to its originally prescribed value. By means of numerical examples, the proposed formulation can generate effective topology configurations which can avoid resonance.

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Section: Distorted Configurationsupporting

confidence: 66%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A MAC based excitation frequency increasing method for structural topology optimization under harmonic excitations

Liu

Zhu

et al. 2017

Int. J. Simul. Multisci. Des. Optim.

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“…Esse tipo de problemaé de suma importância, uma vez que, forças harmônicas, representam uma das principais fontes de vibração ou ruído em estruturas [4,5]. Especificamente, no caso de braços robóticos, as cargas e o torque dos motores das juntas induzem vibrações na estrutura e essas vibrações acabam prejudicando a precisão das tarefas e podem causar danos ao robô.…”

Section: Otimização Topológica De Mínima Flexibilidade Dinâmicaunclassified

“…Na Tabela 3 consta a comparação entre as três simulações realizadas, com referência aos resultados obtidos da flexibilidade e a alteração da primeira frequência natural. A partir dos resultados obtidos, observa-se que o processo de otimização topológica dirige as frequências naturais da estrutura para valores que estão afastados da frequência de excitação [4] isso evita a ressonância e reduz o nível de vibração da estrutura [8,9].…”

Section: Problema De Mínima Flexibilidade Dinâmicaunclassified

Otimização Topológica Aplicada à Minimização da Flexibilidade Dinâmica de Braços Robóticos Flexı́veis

Bottega¹,

Chiesa²,

Pergher³

2017

Proceeding Series of the Brazilian Society of Computational and Applied Mathematics

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Resumo. Este trabalho tem por objetivo aplicar o método de otimização topológica, para encontrar a melhor distribuição de material em um braço robótico flexível, visando minimizar a flexibilidade dinâmica do braço e atendendo uma restrição de volume preestabelecida. Idealiza-se o braço robótico como uma viga bidimensional. Discretiza-se esse domínio em um número finito de subdomínios denominados elementos finitos. Na formulação do problema, utiliza-se o modelo de material SIMP, o qual admite como variáveis de projeto as pseudodensidades dos elementos finitos. As variáveis de projeto são atualizadas através da Programação Linear Sequencial. Aplica-se um filtro de sensibilidade para evitar que possíveis complicações numéricas interfiram nas topologiasótimas. Resultados numéricos foram obtidos através de um algoritmo desenvolvido em software Matlab. As simulações realizadas mostram que as topologiasótimas encontradas estão bem definidas, atendem os critérios de estabilidade numérica definidos no algoritmo, estão de acordo com trabalhos similares desenvolvidos na literatura e podem ser utilizadas em projetos de fabricação de estruturas.Palavras-chave. Braço robótico, Elementos Finitos, Otimização Topológica. IntroduçãoEm geral, os manipuladores robóticos são projetados com alta rigidez nos seus elementos, a fim de obter maior precisão. Isso resulta em máquinas pesadas, com baixo desempenho cinemático e eficiência dinâmica. Portanto, uma maneira de obter maior agilidade e eficiência,é a redução da massa. Manipuladores leves oferecem muitos desafios a pesquisadores em robótica, em comparação com robôs rígidos e volumosos. O consumo de energiaé diminuído ganhando agilidade e rapidez. Devido a essas características, essa classe de manipuladoresé especialmente conveniente para uma variedade de aplicações robóticas, principalmente em se tratando de robôs embarcados.

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“…An abundance of other references is available in the exhaustive textbook [31]. The problem of minimization of forced vibration response of structures subjected to external time-harmonic loading has been studied in, e.g., [7,17,29,[32][33][34].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

On Optimum Design and Periodicity of Band-Gap Structures

Olhoff¹,

Niu²,

Cheng³

2014

Proceedings of the 4th International Conference on Computational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering (COM

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Abstract. A band-gap structure usually consists of a periodic distribution of elastic materials or segments, where the propagation of waves is impeded or This paper extends earlier optimum shape design results for transversely vibrating Bernoulli-Euler beams by determining new optimum band-gap beam structures for (i) different combinations of classical boundary conditions, (ii) much larger values of the orders n (n>1) and n-1 of adjacent upper and lower eigenfrequencies of maximized band-gaps, and (iii) different values of a minimum beam cross-sectional area constraint. In the present paper, instead of maximizing band-gaps between frequencies of propagating waves or forced vibrations excited by external time-harmonic loads, the closely relatedproblem of maximizing the gap between two adjacent eigenfrequencies ω n and ω n-1 of any given consecutive orders n (n>1) and n-1, is considered. This is justified by the fact that external time-harmonic dynamic loads cannot excite resonance with high vibration levels of standing waves, if the eigenfrequencies of the structure are moved outside the range of the external excitation frequencies by the optimization.Finally, the present study shows that if an infinite beam structure is constructed by repeated translation of an inner beam segment obtained by the aforementioned frequency gap optimization, then a band-gap of traveling waves in this infinite beam is found to correlate almost perfectly with the maximized frequency gap in the finite structure.

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Topology Design of Structures Subjected to Periodic Loading

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A MAC based excitation frequency increasing method for structural topology optimization under harmonic excitations

A MAC based excitation frequency increasing method for structural topology optimization under harmonic excitations

Otimização Topológica Aplicada à Minimização da Flexibilidade Dinâmica de Braços Robóticos Flexı́veis

On Optimum Design and Periodicity of Band-Gap Structures

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