[PDF] Optimisation de formes par la m ethode des lignes de niveaux



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FrancoisJOUVE

GregoireALLAIRE

Anca-MariaTOADER

Lisboa,Portugal

Abstract

1Introduction

s'yreporter. commelemouvementparcourburemoyenne,les uidesmultiphasiques,letraitementd'image etc.

Canum20031

2Positionduprobleme

Soit

A=2+TrId;

comprenddeuxparties disjointes =N[D;(1) solutionduproblemed'elasticitelinearisee 8< :div(Ae(u))=fdans u=0surDAe(u)n=gsurN:(2) Comme lescongurationspossiblesde auneuniquesolutiondansH1( )d.

Lafonction-objectifestnoteeJ(

J 1( )=Z fudx+Z

Nguds=Z

Ae(u)e(u)dx;(3)

J 2( Z k(x)juu0jdx 1= ;(4) u et(4),u=u( U ad=n

Dt.q.j

j=Vo :(5) inf

2UadJ(

):(6)

Canum20032

dederiveedeforme.

3Deriveedeforme

supposeregulier,nousconsiderons desdomainesdutype =Id+( dansRd.

Denition3.1LaderiveedeformeJ(

)en estdeniecommeladeriveedeFrechetdans W

1;1(Rd;Rd)en0del'application!J(Id+)(

),i.e. J (Id+)( )=J( )+J0( )()+o()aveclim!0ko()k kk=0; ouJ0( )()dependseulementdelatracen surlafrontiere@

Lemme3.2Soit

unouvertborneregulieretJ( )unefonctiondierentiableen ,saderivee satisfait J 0( )(1)=J0( )(2)

1n=2nsur@

Lemme3.3Soit

J( )=Z (x)dx:

AlorsJestdierentiableen

et J 0( )()=Z div(x)(x)dx=Z (x)n(x)(x)ds

82W1;1(Rd;Rd).

Canum20033

Lemme3.4Soit

J( )=Z (x)ds:

AlorsJestdierentiableen

et J 0( )()=Z n@ @n+H ds; denieparH=divn.

Theoreme3.5Soit

)d,g2H2( )d, u2H2( )d).Laderiveedeformede(3)vaut J 01( )()=Z N

2@(gu)

@n+Hgu+fu

Ae(u)e(u)

nds Z

DAe(u)e(u)nds:(7)

Laderiveedeformede(4)vaut

J 02( )()=Z N C0 kjuu0j+Ae(p)e(u)fp@(gp)@nHgp nds Z D C0 kjuu0jAe(u)e(p) nds:(8) )d,denicommelasolutionde 8< :div(Ae(p))=C0k(x)juu0j2(uu0)dans p=0surDAe(p)n=0surN;(9) ouC0estlaconstante C 0= Z k(x)ju(x)u0(x)jdx 1=1 etquen'importequelleautrefonction-co^ut.

Preuve:cf.[4]

objectifJ( ).L'expressiondeladeriveedeformeest J 0( )()=Z vnds; =vn;(10)

Canum20034

etenactualisantlaforme par t=(Id+t) J( t)=J( )tZ v2ds+O(t2) niveaux

Ilsutdemailler

evitantainsicesinconvenients.

Nousparametronslafrontierede

8< : (x)=0,x2@ \D; (x)<0,x2 (x)>0,x2Dn

Lanormalenalaforme

estcalculeeparr =jr jetlacourbureHestdonneeparla trousDn etd'unmateriaumoumodelisantles trousdansDn A (x)=(x)Aavec=1dans 10

3dansDn

:(11) faconadequatedanslescellulescontenantlacourbedeniveau =0. decomposeeentroisparties @D=@DD[@DN[@D0;

Canum20035

=D[N.Les formesadmissibles doiventsatisfaire

D@DD;N=@DN[0;(12)

uestsolutionde8>>< >:div(Ae(u))=0dansD d'Hamilton-Jacobi.Plusprecisement,si (t)varieentempst2R+aveclavitessenormale

V(t;x),alors

t;x(t) =08x(t)2@ (t):

Unedierenciationentdonne

@t+_x(t)r =@ @t+Vnr =0:

Commen=r =jr jonobtient

@t+Vjr j=0: frontiere@

5Algorithmed'optimisation

Pourleproblemedeminimisation

inf

2UadJ(

nousavonscalculeunederiveedeforme J 0( )()=Z vnds; frontiere@ =vn:

Canum20036

Jacobi@

@tvjr j=0:(14) Transporter par(14)estequivalentabougerlafrontierede (lacourbedeniveau0de ) suivantladirectiondedescenteJ0( faconsuivante:

1.Initialisationdelafonctionlevel-set 0correspondantauneformeinitiale

0.

2.Iterationjusqu'aconvergence,pourk0:

lineariseeposessur k,approchespar(13); (b)deformationde forme k+1estcaracteriseeparlafonctioncourbedeniveaux k+1solutionde(14) apresunpasdetempstkenpartantdelaconditioninitiale k(x)aveclavitesse J( k+1)J( k).

3.Detempsentemps,pourdesraisonsdestabilite,lafonction estreinitialiseeenresolvant

(15). n+1i ni t+min(Vni;0)g(D+x ni;Dx ni)+max(Vni;0)g+(D+x ni;Dx ni)=0 avecD+x ni= ni+1 ni x,Dx ni= ni ni1x,et g +(d+;d)=p min(d+;0)2+max(d;0)2; g (d+;d)=p max(d+;0)2+min(d;0)2: Lesconditionsauxlimitespour sontdutypeNeumann.Ceschemaetantexpliciteentemps, minimisationdeJ( l'equationd'Hamilton-Jacobi(14). (cf.Figure1).

Canum20037

Anderegulariserlafonction ,quipeutdevenirtropplateoutropraideaucoursdesiterations, @t+sign( 0) jr j1 =0dansDR+; (t=0;x)= 0(x)dansD;(15) quiadmetcommesolutionstationnaireladistancesigneeal'interfacef 0(x)=0g.Enpratique cettereinitialisationesttresimportantecarlafonction devientsouventtropraideautourde lacourbedeniveau =0,entra^nantunemauvaiseapproximationdelanormalen.

6Exemplesnumeriques

delacomplianceetdupoidsdelastructure J( )=Z @DNguds+`Z dx;(16)

Canum20038

(16)est J 0( )()=Z 0 `Ae(u)e(u) nds;(17) carn=0surDet@DNoug6=0. ainsiqu'unresultatintermediaire.

1020304050515253545

200
150
250

Figure 2

Figure 3

lemaillagegrossier.

Canum20039

16080

Canum200310

discretiseeparunmaillageregulier5020. input force output force

Canum200311

7Conclusion

avantagessuivants: capturerlaformesurunmaillagexe; lorsquecelle-ciestdisponible. unetopologietriviale.

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