Optimisation of material composition of functionally graded materials based on multiscale thermoelastic analysis

Chiba, Ryoichi; Sugano, Yoshihiro

doi:10.1007/s00707-011-0610-z

Cited by 24 publications

(5 citation statements)

References 26 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…The results of using optimized FGM were compared with the use of standard Co-Cr alloy in a femoral component to demonstrate relative performance. Optimization of material composition of FGMs based on multiscale analysis method that can efficiently predict the microscopic stress state (namely, the asymptotic expansion homogenization (AEH) method) was conducted by Chiba and Sugano [82]. They optimized the material composition of an infinite FG plate made of Ti and ZrO 2 in only one direction using a genetic algorithm.…”

Section: -2015mentioning

confidence: 99%

Optimal Design of Functionally Graded Parts

Nayak

Armani

2022

Metals

View full text Add to dashboard Cite

Several additive manufacturing processes are capable of fabricating three-dimensional parts with complex distribution of material composition to achieve desired local properties and functions. This unique advantage could be exploited by developing and implementing methodologies capable of optimizing the distribution of material composition for one-, two-, and three-dimensional parts. This paper is the first effort to review the research works on developing these methods. The underlying components (i.e., building blocks) in all of these methods include the homogenization approach, material representation technique, finite element analysis approach, and the choice of optimization algorithm. The overall performance of each method mainly depends on these components and how they work together. For instance, if a simple one-dimensional analytical equation is used to represent the material composition distribution, the finite element analysis and optimization would be straightforward, but it does not have the versatility of a method which uses an advanced representation technique. In this paper, evolution of these methods is followed; noteworthy homogenization approaches, representation techniques, finite element analysis approaches, and optimization algorithms used/developed in these studies are described; and most powerful design methods are identified, explained, and compared against each other. Also, manufacturing techniques, capable of producing functionally graded materials with complex material distribution, are reviewed; and future research directions are discussed.

show abstract

Section: -2015mentioning

confidence: 99%

Optimal Design of Functionally Graded Parts

Nayak

Armani

2022

Metals

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…The genetic algorithm starts a search from a series of points, and for performing the search procedure, it does not require to the Jacobian of functions [21]. Many researchers for optimizing their work have used the genetic algorithm [22][23][24][25]. The terminology used for genetic algorithm is given in Table 1.…”

Section: Application Of Ga For Optimal Location Of Piezoelectric Devicesmentioning

confidence: 99%

Optimal configuration of piezoelectric sensors and actuators for active vibration control of a plate using a genetic algorithm

et al. 2015

View full text Add to dashboard Cite

The purpose of this study is to suggest a new formulation for active vibration control of a rectangular plate based on the optimal positions/orientations of piezoelectric actuators/sensors attached to the plate. The free vibration and modal properties are derived by using Rayleigh-Ritz and the transient response by assumed modes methods based on the classical plate theory. Three criteria are proposed for optimal location of piezoelectric patches attached to the simply supported plate. In other words, the optimal positions/orientations of piezoelectric patches can be determined based on spatial controllability/observability gramians of the structure, as well as the consideration of residual modes to reduce the spillover effect. These criteria are used to achieve the optimal fitness function defined for a genetic algorithm optimizer to find the optimal locations/orientations of piezoelectric sensors/actuators. To control the vibrations of the plate, a negative velocity feedback control algorithm is designed. The results of simulations indicate that by locating piezoelectric patches in the optimal positions, the depreciation rate of the structure increases and the amplitudes of the plate vibrations reduce effectively. The effect of number of piezoelectric devices on the active damping property of the system is also analyzed.

show abstract

“…Obok mechanizmu dziedziczenia cech i umierania słabszych osobników istnieje mechanizm mutacji. Algorytmy genetyczne to jedna z popularniejszych obecnie metod optymalizacji [2,10]. Charakterystykę optymalizacyjnego algorytmu genetycznego przedstawiono w tabeli 1.…”

Section: Optymalizacja Lokalizacji I Orientacji Elementówunclassified

Aktywne tłumienie drgań płyty prostokątnej za pomocą piezoelektrycznych elementów pomiarowych oraz wykonawczych

et al. 2015

View full text Add to dashboard Cite

W artykule analizowano proces aktywnego tłumienia drgań płyty prostokątnej wykorzystując piezoelektryczne elementy pomiarowe i wykonawcze. Do ustalenia optymalnej pozycji i orientacji piezoelektrycznych elementów pomiarowych oraz wykonawczych wykorzystano algorytm genetyczny. Do aktywnego tłumienia drgań płyty opracowano algorytm sterowania ujemnego prędkościowego sprzężenia zwrotnego. Przeprowadzono wiele symulacji aby wykazać przydatność algorytmu genetycznego wykorzystanego do optymalizacji lokalizacji oraz orientacji elementów piezoelektrycznych zamocowanych do cienkiej płyty. Założono, że piezoelektryczne elementy pomiarowe oraz wykonawcze są idealnie połączone z powierzchnią płyty. Podczas analiz obciążeniowych zastosowano funkcję krokową koncentrując obciążenie w miejscu leżącym poza środkiem płyty. Po umieszczeniu elementów piezoelektrycznych w optymalnej lokalizacji, amplitudy drgań płyty ulegały zmniejszeniu. Analizowano również wpływ liczby urządzeń piezoelektrycznych na właściwości aktywnego tłumienia systemu. Podsumowując, wykorzystanie kilku elementów pomiarowych oraz wykonawczych pozwala uzyskać wzrost efektu tłumienia i bardziej efektywne zmniejszenie amplitudy drgań płyty.

show abstract

Optimisation of material composition of functionally graded materials based on multiscale thermoelastic analysis

Cited by 24 publications

References 26 publications

Optimal Design of Functionally Graded Parts

Optimal Design of Functionally Graded Parts

Optimal configuration of piezoelectric sensors and actuators for active vibration control of a plate using a genetic algorithm

Aktywne tłumienie drgań płyty prostokątnej za pomocą piezoelektrycznych elementów pomiarowych oraz wykonawczych

Contact Info

Product

Resources

About