Optimización topológica eficiente incorporando técnicas de adaptabilidad y computación de altas prestaciones
[SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. A pesar de los importantes avances en técnicas de simulación y optimización estructural que se han logrado en los últimos años, siguen presentes diversos retos computacionales debido a varios factores, como la cre...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad Politécnica de Cartagena(UPCT) |
| Repositorio: | Repositorio Digital UPCT |
| OAI Identifier: | oai:repositorio.upct.es:10317/13289 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10317/13289 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Técnicas de optimización Optimización topológica Programación informática Topología Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras 1210.11 Topología Tridimensional |
| Sumario: | [SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. A pesar de los importantes avances en técnicas de simulación y optimización estructural que se han logrado en los últimos años, siguen presentes diversos retos computacionales debido a varios factores, como la creciente complejidad de los modelos de simulación en busca de una de mayor fidelidad y la necesidad de una discretización fina para capturar los detalles topológicos de los diseños en problemas de optimización estructural. Estos problemas se intensifican al introducir fuentes de incertidumbre en el modelo, principalmente debido al aumento en la dimensionalidad del problema, y su acoplamiento con métodos de optimización incrementa en gran medida el coste computacional, comprometiendo significativamente el rendimiento y la productividad.Debido a estos motivos, los problemas de optimización topológica robusta en problemas reales pueden resultar hoy en día inabordables utilizando técnicas de computación convencionales. Los trabajos realizados en el contexto de esta tesis tratan de mejorar estos problemas utilizando dos enfoques: • Por un lado, se introducen técnicas de adaptabilidad para reducir el coste computacional de la evaluación de la función objetivo en cada paso del proceso de optimización, que supone el cuello de botella computacional en los procesos de optimización topológica. Las técnicas de adaptabilidad se incorporan al proceso de optimización garantizando que proporcionan resultados similares a los que se obtendrían sin utilizar dichas técnicas de adaptabilidad, pero a un menor coste computacional. • Por otro lado, se introduce computación de altas prestaciones, utilizando computación paralela con memoria distribuida, con el objetivo de utilizar los recursos computacionales disponibles en los sistemas de computación modernos. Concretamente, se desarrollan sistemas de resolución de sistemas de ecuaciones eficientes utilizando un precondicionador multigrid geométrico operando con mallas no conformes entre los múltiples niveles del multigrid. Un factor importante que permite incrementar el rendimiento computacional es que el precondicionador geométrico opera con mallas no Cartesianas, mejorando las prestaciones computacionales respecto a métodos basados en quadtree y octree adaptativos, dado que se puede operar sobre la geometría del modelo directamente, en lugar de realizar el típico proceso de creación de un bounding-box envolvente y voxelizar el modelo. Este enfoque suele incrementar de forma significativa el tamaño del problema para un tamaño similar de discretización. Los tres artículos publicados durante el periodo de formación de esta tesis incluyen las técnicas desarrolladas para reducir el coste computacional en problemas de optimización topológica y optimización topológica considerando incertidumbre. Concretamente, el primer artículo presenta el framework desarrollado para incorporar técnicas adaptativas en problemas de optimización topológica utilizando computación paralela con memoria distribuida. Estas técnicas se extienden a problemas de optimización robusta en el segundo artículo, debiéndose realizar el cálculo eficiente de los momentos estocásticos de la función objetivo robusta para poder abordar problemas reales. Finalmente, el tercer artículo desarrolla un sistema de resolución de sistemas de ecuaciones eficiente utilizando un precondicionador multigrid geométrico operando con mallas no conformes entre los diferentes niveles del multigrid. En las publicaciones se abordan problemas reales de optimización topológica y optimización topológica robusta evaluando tanto la escalabilidad fuerte como la escalabilidad débil, mostrando las mejoras en el rendimiento computacional que se obtienen. |
|---|