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Topology optimization for maximizing the fracture resistance of quasi-brittle composites

机译：拓扑优化可最大化准脆性复合材料的抗断裂性

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In this paper, we propose a numerical framework for optimizing the fracture resistance of quasi-brittle composites through a modification of the topology of the inclusion phase. The phase field method to fracturing is adopted within a regularized description of discontinuities, allowing to take into account cracking in regular meshes, which is highly advantageous for topology optimization purpose. Extended bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) method is employed and formulated to find the optimal distribution of inclusion phase, given a target volume fraction of inclusion and seeking a maximal fracture resistance. A computationally efficient adjoint sensitivity formulation is derived to account for the whole fracturing process, involving crack initiation, propagation and complete failure of the specimen. The effectiveness of developed framework is illustrated through a series of 2D and 3D benchmark tests. (C) 2017 Elsevier B.V. All rights reserved.
机译：在本文中，我们提出了一个数值框架，通过修改夹杂物相的拓扑结构来优化准脆性复合材料的抗断裂性能。在不连续性的规范化描述中采用相场法进行压裂，可以考虑规则网格中的裂缝，这对于拓扑优化目的非常有利。在给出目标夹杂物体积分数并寻求最大抗断裂性的情况下，采用扩展双向演化结构优化（BESO）方法并制定出最佳夹杂物相分布。推导了计算有效的伴随敏感性公式，以说明整个破裂过程，包括裂纹的开始，扩展和试样的完全破坏。通过一系列2D和3D基准测试说明了已开发框架的有效性。 （C）2017 Elsevier B.V.保留所有权利。

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