In this paper, we study the topological asymptotic expansion of a topology optimisation problem that is constrained by the Poisson equation with the design/shape variable entering through the right hand side. Using an averaged adjoint approach, we give explicit formulas for topological derivatives of arbitrary order for both an $L_2$ and $H^1$ tracking-type cost function in both dimension two and three and thereby derive the complete asymptotic expansion. As the asymptotic behaviour of the fundamental solution of the Laplacian differs in dimension two and three, also the derivation of the topological expansion significantly differs in dimension two and three. The complete expansion for the $H^1$ cost functional directly follows from the analysis of the variation of the state equation. However, the proof of the asymptotics of the $L_2$ tracking-type cost functional is significantly more involved and, surprisingly, the asymptotic behaviour of the bi-harmonic equation plays a crucial role in our proof.


翻译:在本文中,我们研究了受Poisson方程式制约,设计/成形变量通过右手侧进入的Poisson方程式所制约的表层无症状优化问题的扩大。我们采用平均联合方法,对任意排序的2美元和1美元的跟踪成本功能,给出了任意排序的表层衍生物的清晰公式,从而得出了完整的零位扩张。由于拉普拉西人基本解决方案在第二和三维层面的无症状行为不同,在第二和三维层面的表层扩张的衍生也有很大差异。1美元的完全扩展成本直接产生于对州方公式变化的分析。然而,2美元的跟踪类型成本功能的无症状证据却大大地涉及,令人惊讶的是,双调方程式的无症状行为在我们的证据中发挥着关键作用。

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