Multiscale topology optimization of electromagnetic metamaterials using a high-contrast homogenization method
Multiscale topology optimization of electromagnetic metamaterials using a high-contrast homogenization method
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使用高对比度均质化方法对电磁超材料进行多尺度拓扑优化
DOI：
10.1016/j.cma.2022.115728
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发表时间：
2023
影响因子：
7.2
通讯作者：
Yamada Takayuki
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Murai Naoki;Noguchi Yuki;Matsushima Kei;Yamada Takayuki
本文提出了一种基于水平集的电磁超材料多尺度拓扑优化方法，该方法结合了高对比度均匀化方法。高对比度均匀化方法可以表达不同频率下电磁波在异向介质中的传播特性。它还可以捕获由局部共振引起的不寻常的性质，这是传统的均匀化方法无法估计的。我们制定了多尺度拓扑优化问题的目标函数定义的宏观波的传播行为，和微结构形成的超材料设置为设计变量。灵敏度分析是基于形状和拓扑导数的概念进行的。作为数值例子，我们提供了优化设计的超材料组成的多个单位细胞结构作为一个解复用器的基础上负磁导率。基于均匀化系数讨论了超材料的形成机理。
This study proposes a multiscale topology optimization method for electromagnetic metamaterials using a level set-based topology optimization method that incorporates a high-contrast homogenization method. The high-contrast homogenization method can express wave propagation behavior in metamaterials for various frequencies. It can also capture unusual properties caused by local resonances, which cannot be estimated by conventional homogenization approaches. We formulated multiscale topology optimization problems where objective functions are defined by the macroscopic wave propagation behavior, and microstructures forming a metamaterial are set as design variables. Sensitivity analysis was conducted based on the concepts of shape and topological derivatives. As numerical examples, we offer optimized designs of metamaterials composed of multiple unit cell structures working as a demultiplexer based on negative permeability. The mechanism of the obtained metamaterials is discussed based on homogenized coefficients.
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DOI：
10.1364/josab.406048
发表时间：
2021-02-01
影响因子：
1.9
作者：
Christiansen, Rasmus E.;Sigmund, Ole
通讯作者：
Sigmund, Ole
影响因子：
4
作者：
Fujii, Garuda;Watanabe, Hayato;Mizuno, Mamoru
通讯作者：
Mizuno, Mamoru
DOI：
10.1016/j.cma.2010.05.013
发表时间：
2010-01-01
影响因子：
7.2
作者：
Yamada, Takayuki;Izui, Kazuhiro;Takezawa, Akihiro
通讯作者：
Takezawa, Akihiro
DOI：
10.1070/pu1968v010n04abeh003699
发表时间：
1968-01-01
期刊：
SOVIET PHYSICS USPEKHI-USSR
影响因子：
--
作者：
VESELAGO, VG
通讯作者：
VESELAGO, VG
基于两尺度均质化方法的两层声学超表面拓扑优化
DOI：
--
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
作者：
Yuki Noguchi;Takayuki Yamada
通讯作者：
Takayuki Yamada