Аннотация. Объект исследования — композитные материалы, к основным преимуществам которых относятся легкость конструкции и высокая устойчивость к механическим и тепловым нагрузкам. Для прогнозирования возможных нагрузок на конструкции из композитов и учета этих данных на начальном этапе разработки деталей требуется произвести компьютерное моделирование процессов, связанных с ними. Предложен бессеточный метод оптимизации изделий из композитных материалов на основе эластично связанных метачастиц. Получены результаты оптимизационных расчетов размеров для тестовой балки под действием статической нагрузки на прогиб. Программная реализация осуществлялась на языке JavaScript без сторонних библиотек. Уменьшение массы составило 25 % от массы исходной модели. Верификация оптимизированной геометрии выполнена при аналогичных условиях механического нагружения с использованием программного пакета Ansys Student. Разработанный прототип может использоваться при определении возможного процента снижения массы конструкции из композитных материалов.

Ключевые слова: бессеточные методы, топологическая оптимизация, структурная динамика, прочность, композиционные материалы, математическое моделирование

Список литературы:

1. Gebisa A. W., Lemu H. G. A case study on topology optimized design for additive manufacturing // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 276. 2017. DOI: 10.1088/1757-899X/276/1/012026.
2. Bashin K. A., Torsunov R. A., Semenov S. V. Topology optimization methods in aerospace industry // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2017. № 51. C. 51—61. DOI: 10.15593/2224-9982/2017.51.05.
3. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L., Zhu J. Z. The Finite Element Method: its Basis and Fundamentals. Butterworth-Heinemann, 2013. P. 683—684. DOI: 10.1016/B978-1-85617-633-0.00032-0.
4. Liu G. R., Quek S. S. The Finite Element Method: A Practical Course. 2014 [Электронный ресурс]: .
5. ANSYS Corporation: ANSYS online help, 2010. [Электронный ресурс]: , 20.10.2021.
6. Xie L., Zhang Y., Ge M., Zhao Y. Topology optimization of heat sink based on variable density method // Energy Reports. 2022. Vol. 8. P. 718—726. DOI: org/10.1016/j.egyr.2021.11.214.
7. Leclerc W., Haddad H., Guessasma M. DEM-FEM coupling method to simulate thermally induced stresses and local damage in composite materials // Intern. Journal of Solids and Structures. 2019. Vol. 160. P. 276—292. DOI: org/10.1016/j.ijsolstr.2018.10.030.
8. Nienartowicz M., Strek T. Modeling and FEM analysis of dynamic properties of thermally optimal composite materials // Intern. Center Numerical Methods Engineering, Barcelona, Spain. 2014. P. 593—604.
9. Ferguson Z., Williams F. Topology Optimization with FEniCS, 2018 [Электронный ресурс]: , 15.05.2021.