Topology optimization of truss structures

Abstract

This document addresses the design of optimized structures using approaches in truss topology optimization, focusing on four key areas. The first two concern indirect and direct applications of truss topology optimization in structural design, where the direct approach emphasizes the integration of additive manufacturing technologies. The second two areas deal with the mechanical and thermal loading of structures and the related requirements imposed on them. Specifically, this issue is examined from the perspective of multi-objective optimization for mechanical stiffness and passive thermal insulation, and subsequently by optimizing for mechanical stiffness with integrated active cooling for effective heat dissipation. The text presents new approaches and methods for addressing these issues, demonstrated through examples from industrial practice or inspired by them. Although these topics have been partially explored in the past, the areas remain largely unaddressed in the literature, thus providing new approaches and insights in this work.

Tento dokument se zabývá návrhem optimalizovaných konstrukcí za pomoci přístupů topologické optimalizace prutových soustav, přičemž se zaměřuje na čtyři klíčové oblasti. První dvě se týkají nepřímého a přímého použití prutové topologické optimalizace při návrhu konstrukcí, kde je v přímém postupu zdůrazněna vazba na aditivní technologie. V druhých dvou oblastech se věnuje problematice mechanického a tepelného zatížení konstrukcí a souvisejícím požadavkům, které jsou na konstrukce kladeny. Konkrétně je problematika zkoumána z pohledu vícekriteriální optimalizace konstrukcí s ohledem na mechanickou tuhost a pasivní tepelnou izolaci a následně na optimalizaci vzhledem k mechanické tuhosti s integrovaným aktivním chlazením pro efektivní odvod tepla. V textu jsou představeny nové přístupy a metody k řešení těchto problémů, demonstrované na příkladech z průmyslové praxe nebo jejich inspiraci. I přes částečné zkoumání problematiky v minulosti zůstávají dané oblasti převážně nepokryté, čímž tato práce přináší nové přístupy a poznatky.