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Enregistrement W7132984276

Distributed Shape Derivatives for Level-Set Topology Optimization and Their Applications to Robust Topology Optimization

2025· dissertation· W7132984276 sur OpenAlexaff
Aaron Klein

Notice bibliographique

RevueTSpace · 2025
Typedissertation
Langue
DomaineEngineering
ThématiqueTopology Optimization in Engineering
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésTopology optimizationShape optimizationTopology (electrical circuits)MinificationRegularization (linguistics)Derivative (finance)Finite element methodSecond derivative
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

In this thesis, we address challenges faced by level-set topology optimization methods for linear elastic structures.We focus on the formulation, analysis, and implementation of distributed shape derivatives which provide accurate approximations. Conventionally used boundary-based shape derivatives have high regularity requirements that are typically not met in practical applications and converge at a slower rate than the associated objective functionals. We provide \textit{a priori} error analysis and numerical comparisons of boundary-based and distributed shape derivatives of linear objective functionals for topology optimization. We analyze the error in the degree-$k$ polynomial finite element approximations of the two expressions; we show that, for sufficiently regular problems, the boundary-based and distributed shape derivatives provide $k$-th and $2k$-th order accurate approximations, respectively, of the true shape derivative. We then assess, through numerical examples, the practical implications of using distributed versus boundary-based shape derivatives in topology optimization problems; we demonstrate that methods based on the distributed shape derivative yield more robust solutions to topology optimization problems. Next, we investigate problems with nonlinear stress-based objective functionals which are highly sensitive to minor changes in geometry. We derive the distributed shape derivative and extend the shape derivative error analysis to stress minimization problems, where the boundary-based and distributed shape derivatives are $k$-th and $2k$-th order accurate approximations under idealized conditions. We also provide numerical comparisons of the shape derivative errors for practical examples. We then use the distributed shape derivative to perform topology optimization for stress minimization problems without the use of problem-specific heuristics or regularization techniques. Finally, we present a non-intrusive approach to robust structural topology optimization for problems with probabilistic uncertainties in the loading and material properties. We approximate the solution to the stochastic linear elasticity equations using an anchored ANOVA Petrov-Galerkin projection scheme and develop a non-intrusive quadrature-based formulation to evaluate the robustness metric and associated shape derivative. This method significantly reduces the computational cost of evaluating the robustness metric where conventional polynomial chaos methods scale exponentially with respect to the number of random variables. We demonstrate the effectiveness of the proposed approach on various problems under loading and material uncertainties.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,006
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,014

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,006
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,002
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0010,002
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,031
Tête enseignante GPT0,305
Écart entre enseignants0,274 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
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Résumé présentoui

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