Manufactured metallic components often contain non-uniformly distributed pores of complex morphologies. Since such porosity defects have significant influence on material behaviors and affect the usage in high-performance applications, it is significant to understand the impact of porosity characteristics on the behaviors of components. In this work, a gradient-enhanced porosity defeaturing estimator, which allows for the modeling of pore geometry and spatial distribution, is proposed within a general elastostatic framework. In this approach, the first order shape sensitivity is implemented to account for the change in elastic quantity of interests with respect to variations of pore sizes and shapes, which is then supplemented by a second order shape sensitivity whose mixed partial derivative quantifies the interactions between pores in proximity. The efficacy of the proposed method comes from its posterior manner that it only relies on field solutions of reference models where pores are suppressed. In this context, meshing difficulty and solution convergence issue are avoided, which would otherwise arise in a direct finite element analysis on porous structures. The impact of porosity on structural elastic performance is approximated using a second order Taylor expansion where the topological difference between the porous and reference domains is estimated by topological sensitivity; the field variables on pore boundaries are approximated as explicit functions of design variables using exterior formulations. Numerical results show that the elastic performances of components are influenced by the existence of pores. The pore-to-pore interactions are significant when pores are close by.


翻译:制造的金属元件往往含有不统一分布的复杂形态的孔隙。 由于这种孔隙缺陷对物质行为有重大影响,并影响高性能应用的用途,因此了解孔隙特性对部件行为的影响非常重要。 在这项工作中,一个梯度增强的孔隙破坏估计值的功效在于它只依靠抑制孔径的参考模型的实地解决办法。在这个总体弹性框架范围内,采用第一级形状的敏感度是为了说明孔隙大小和形状变化方面利益的弹性数量的变化,然后由第二级的形状敏感度加以补充,其部分衍生作用使孔隙之间的相互作用具有分量。拟议方法的功效来自其表面,即它只依赖孔径的参考模型的实地解决办法。在这种情况下,通过对孔隙结构的孔隙结构进行直接的微度分析,从而避免出现中位困难和解决办法的汇合问题。对于孔隙大小相互作用的弹性影响是结构上层变异性,其结构变化的精确度的精确度是表层,其表层变异性是表的表面变异性,其最高变异性是表的表面变异性,其表面变异性是表的外的表面变异性,其表的外表的外色性是外形变形的表面变异性。

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