
STORX — Shape and Topology Optimization for Research and Experimentation — parametrik shakl optimallashtirish, level-set shakl optimallashtirish va bir nechta topologiya optimallashtirish oilalarini bitta MATLAB asosidagi obyektga yo‘naltirilgan arxitektura ostida birlashtiruvchi ochiq manbali hisoblash dizayni frameworkidir. Ishning markaziy hissasi yagona yangi algoritm emas; geometriya, chekli elementlar tahlili, holat tenglamasi, maqsad va cheklov funksionallari, sezgirlik tahlili, dizayn yangilanishi hamda ishlab chiqarish cheklovlarini umumiy abstrakt interfeyslar orqali birlashtiradigan dasturiy arxitekturadir.
Framework parametrik optimallashtirish, Hamilton–Jacobi level-set usullari, SIMP/RAMP zichlik interpolatsiyasi, ESO, BESO va Pareto tracingni bir xil fizik va sonli sharoitlarda taqqoslashga imkon beradi. Bundan tashqari ko‘p yuk holatlari, o‘z og‘irligi, statsionar issiqlik o‘tkazuvchanligi, kuchlanishni minimallashtirish, lokal hajm ulushi va Brinkman penalizatsiyasiga asoslangan suyuqlik topologiya optimallashtirish kengaytmalari ko‘rsatilgan.
Natijalar STORX maxsus top88 kabi ixcham kodlardan har doim tezroq ekanini ko‘rsatmaydi. Aksincha, umumiy obyektga yo‘naltirilgan struktura qo‘shimcha hisoblash xarajatiga ega: o‘rta to‘r o‘lchamlarida iteratsiya vaqti taxminan 65–68% uzunroq, 320×160 da farq taxminan 60%. Taxminan 50 ming elementli masalada vizualizatsiyasiz bir iteratsiya qariyb 0,4 s. Asosiy ustunlik hisoblash tezligi emas, balki bir xil solver infratuzilmasida turli geometriya, fizika, maqsad, cheklov va optimallashtirish usullarini almashtirish imkonidir.
Muammo va arxitektura
Shakl optimallashtirishda dizayn o‘zgaruvchilari teshik radiusi, chegara joylashuvi yoki chamfer kabi geometrik parametrlar bo‘lishi mumkin. Topologiya optimallashtirishda esa element zichligi, level-set maydoni yoki topologik sezgirlik materialning qaerda saqlanishini va yangi teshik/aloqa shakllanishini boshqaradi. STORX bu usullardagi umumiy hisoblash zanjirini — geometriya, diskretlashtirish, FEA, sezgirlik, filtr va dizayn yangilanishini — bitta obyektga yo‘naltirilgan API orqali ko‘rsatadi.
Asosiy sinflar: brep2d, gridMesher, fea2d, simulation2d, functional, mfgConstraints, parameterOpt2d, density2d, levelset2d, evolutionary2d va pareto2d. Yangi maqsad uchun evaluate/gradient, yangi ishlab chiqarish cheklovi uchun filterDesign/filterSensitivity interfeyslari yetarli bo‘lishi ko‘zda tutilgan.
B-Rep va FEA
2D Boundary Representation koordinatalar va line/arc segmentlar orqali umumiy tekislik geometriyalarini tasvirlaydi. Ichki teshiklar construction segmentlar bilan topologik bog‘lanadi.
Gripper tekshiruvida 4.000 ga yaqin element, \(E=2\) GPa, \(\nu=0.35\), 10 N yuk ishlatilgan. Triangular FEA: \(1.00\times10^{-6}\) m va 6,87 MPa; grid FEA: \(1.05\times10^{-6}\) m va 6,31 MPa.
Parametrik shakl optimallashtirish
Yarim analitik FD natijasi: \(p_0=(0.20,0.15,1.20,0.10)\) dan \(p_{FD}=(0.363,0.224,1.500,0.076)\); 118 iteratsiya, 1.070 FEA; maydon 1,906 dan 1,7995 m²; compliance 3,91 dan 3,95 N·m; yakuniy maksimal egilish taxminan 0,04 mm.
GlobalSearch: \(p_{GS}=(0.310,0.226,1.248,0.141)\), A=1,79 m², C=4,022 N·m, 305 FEA. MultiStart: \(p_{MS}=(0.327,0.138,1.466,0.155)\), A=1,798, C=4,001, 2.545 FEA. Random Search: \(p_{RS}=(0.359,0.150,1.337,0.150)\), A=1,779, C=4,021, 22 FEA.
Level-set shakl optimallashtirish
Zichlikka asoslangan TO
Level-set TO va topologik sezgirlik
Modified HJE matnida \(g=-sign(\psi)T\) ko‘rsatilgan, biroq shu gapda ijobiy \(w\) og‘irlik koeffitsiyenti tilga olinadi. Ko‘rsatilgan formulada \(w\) yo‘q; manbadagi bu nomuvofiqlik tuzatilmagan.
ESO, BESO va PareTO
Ishlab chiqarish filtrlari
Retain cheklovi
Ko‘p yuk, o‘z og‘irligi va issiqlik
Stress va kengaytmalar
Stress misolida 6.000 element, SIMP p=3, E=100 GPa, ν=0.3 va \(p_{vm}=6\); maksimal von Mises 60,6 MPa dan 23,0 MPa ga kamayadi. Lokal hajm beam matnida p=6, kodda localPNorm=16. Gripper: 80.000 aktiv element, lokal ulush 0,65, radius 10, matnda p=6.
Suyuqlik kengaytmasi steady laminar incompressible Navier–Stokes va Brinkman penalty ishlatadi. Pipe bend/double pipe: 2.000 element, SIMP p=3, MMA, \(V_f=0.3\), \(U_{in}=1\) m/s, \(\rho=1\) kg/m³, \(\mu=1\) kg/(m·s). Wind tunnel: 40.000 element, Re=10, aktiv markaz [1.35,0.5], w=1,5 m, h=0,5 m; dissipatsiya, drag va lift maqsadlari.
O‘zbekiston nuqtai nazaridan
Ish O‘zbekiston ma’lumotlariga asoslanmagan va bu yerda sanoat miqyosida tasdiqlanmagan. Biroq ochiq MATLAB kodi, FEA, umumiy 2D geometriya, ishlab chiqarish cheklovlari va issiqlik/suyuqlik kengaytmalari O‘zbekistondagi mexanika, mashinasozlik va oliy muhandislik ta’limiga moslashtiriladigan platforma bo‘lishi mumkin. Mahalliy material parametrlari, ishlab chiqarish toleranslari, hisoblash infratuzilmasi va eksperimental validatsiya alohida tekshirilishi lozim.
Tadqiqot Usuli va Natijalari
| Usul / misol | C (N·m) | δmax (m) | σvm,max (MPa) |
|---|---|---|---|
| LSSO Cantilever past | 7.85 | 9.37e-05 | 10.5 |
| LSSO Cantilever o‘rta | 12.5 | 9.99e-05 | 4.93 |
| LSSO L-bracket yuqori | 25.8 | 2.76e-04 | 37.8 |
| LSSO L-bracket o‘rta | 25.7 | 2.89e-04 | 54.3 |
| LSSO MBB | 22.7 | 2.48e-04 | 6.18 |
| SIMP-OC Cantilever past | 6.98 | 7.46e-05 | 6.94 |
| SIMP-OC Cantilever o‘rta | 10.6 | 8.50e-05 | 8.83 |
| SIMP-OC L-bracket yuqori | 22.9 | 2.46e-04 | 21.0 |
| SIMP-OC L-bracket o‘rta | 21.7 | 2.42e-04 | 23.0 |
| SIMP-OC MBB | 15.0 | 1.64e-04 | 6.98 |
| Standard HJE Cantilever past | 6.38 | 6.85e-05 | 2.34 |
| Standard HJE Cantilever o‘rta | 9.68 | 7.84e-05 | 2.83 |
| Standard HJE L-bracket yuqori | 21.2 | 2.27e-04 | 25.2 |
| Standard HJE L-bracket o‘rta | 19.7 | 2.21e-04 | 36.1 |
| Standard HJE MBB | 14.0 | 1.53e-04 | 3.98 |
| Modified HJE Cantilever past | 6.31 | 6.70e-05 | 2.59 |
| Modified HJE Cantilever o‘rta | 9.65 | 7.76e-05 | 3.06 |
| Modified HJE L-bracket yuqori | 20.1 | 2.20e-04 | 9.49 |
| Modified HJE L-bracket o‘rta | 19.3 | 2.19e-04 | 29.5 |
| Modified HJE MBB | 13.7 | 1.50e-04 | 4.74 |
3D bosilgan gripper compliance: LSSO \(1.04\times10^{-5}\), standard HJE \(8.49\times10^{-6}\), modified HJE \(8.33\times10^{-6}\), SIMP \(8.66\times10^{-6}\), PareTO \(8.29\times10^{-6}\) N·m. Bu umumiy metod reytingi emas.
Manba va Usul Bo‘yicha Izoh
Asl nom: STORX: An Open-Source Object-Oriented Framework for Shape and Topology Optimization in MATLAB.
Mualliflar: Amir M. Mirzendehdel; Krishnan Suresh.
Manba: arXiv:2606.17291v2, cs.CE, 25-iyul 2026.
DOI: 10.48550/arXiv.2606.17291.
Litsenziya: CC BY 4.0.
Hakamlilik: Ushbu ish hakam ko‘rigidan o‘tmagan preprint; natijalarni shu nashr bosqichi hisobga olinib baholash lozim.
Kod: https://github.com/DEL-KU/storx.
Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar to‘qnashuv yo‘qligini bildiradi.
Generativ AI: Qo‘lyozmaning ayrim qismlarini ravshan va o‘qilishi oson qilish uchun ishlatilgan; texnik mazmun va natijalar mualliflar tomonidan yaratilgan va tekshirilgan.
Cheklovlar: Asosiy framework 2Dga yo‘naltirilgan; benchmark natijalari metodlarning universal ustunligini isbotlamaydi; OOP abstraksiyasi maxsus kompakt kodlarga qaraganda runtime overhead keltiradi.
Manba ichidagi nomuvofiqlik: Lokal hajm p=6 / localPNorm=16, modified-HJE w omili va wind-tunnel aktiv maydon ifodasi muammolari o‘zgartirilmasdan saqlandi.

Izoh qoldiring
E-pochta manzilingiz chop etilmaydi. Majburiy maydonlar * bilan belgilangan