文档介绍：使用拓扑优化和有限元方法设计优化多孔材料结构的刚度及渗透率JamesKevinGuest摘要:拓扑优化是寻找工程设计问题最优解的一种工具。这些最优解满足性能指标的同时,也可以最小化成本、重量或选择反应,从而可能提供了巨大的利益。拓扑优化方法已被用来确定分布在梁上的材料及机制,并设计周期材料的微观结构,例如,弹性极限的性质。这项工作的目标是扩展拓扑优化设计周期从而最大化材料的刚度和渗透率。为了实现这一点,该方法提出了规避数值不稳定性、刚度和流体运输困难的优化。特别是,网格依赖性和棋盘的刚度问题是克服对结构施加最小长度范围内的部分。拟议的方法实现了节点设计变量,通过正规化海维塞功能投射元空间。这种技术是产量的近0-1所示(固)解决方案,满足尺度标准。这种方法还联合建立了数值均匀化方法设计一个长度尺度材料极弹性性能。最大流体输送问题,一个新的达西-斯托克斯有限元的固-液界面的二值运动边界无滑移条件正规化。元的规模,以便通过空隙和固体流体流动是受Stokes流和达西渗流,分别。在低渗透材料时,是使用技术,成功地模拟了无滑移条件,创造了近0-1的最优拓扑。这也适用于周期性材料设计,在均匀化理论的数值实现。与数值困难克服和液体的逆均化配方开发,模块组合设计一个多功能材料优化的有效刚度和渗透率。这些属性是相互竞争的,因此最终的设计依赖于设计师的相对重要性分配各自的目标函数。设计师选择这些值根据材料的用途,从而调整微观结构的具体应用。:::-:::,我感谢我的导师教授JeanH。Prévost,他激发了我在计算方法方面的兴趣。在这工作他提供了指导和宝贵的见解,并显示了作为一个讲师和一个老师的宝贵品质。我感谢乔治教授对本文的第二个读者服务坐在我的委员会与教授Ilhan阿克塞和罗伯特·范德贝,所有的人在这工作提供了有见地的建议。我还要感谢教授西北大学的泰德Belytschko他的建议对我们的技术为了实现最小长度尺度。本研究支持部分由NASA大学研究、工程和生物材料技术研究所(BIMat)-1-02037和美国国家科学基金会奖号CMS-9988788,CTS-0003882,CMS-0075998与项目总监JornBasse,Mikail赖尔德石油,和Clifford阿斯蒂尔,分别。这种支持感谢。我的朋友,帮助我在一种或另一种方式生