Napredne računarske optimizacije za lakši razvoj novih strukturalnih elemenata

Korišćenje različitih vrsta simulacija u početnim fazama razvoja proizvoda, postalo je stalna i konzistentna praksa. Korak napred virtuelne procene pomoću kompjuterskih tehnologija u razvoju proizvoda predstavljaju neparametarske optimizacije, koje ne samo da ocenjuju postojeća, već daju nova i bolja rešenja.

1. UVOD

Globalno tržište danas zahteva da su novi proizvodi sve lakši, jeftiniji, krući i otporniji na zamor, i da se blagovremeno lansiraju na tržište. U poslednjih nekoliko godina, pored alata za simulaciju, softverske kompanije pokrenule su tehnologiju topološke i drugih neparametarskih optimizacija. U ovom članku predstavljamo različite opcije, koje korisnik ima pri optimizaciji pomoću računara.

2. SVOJSTVA neparametarske OPTIMIZACIJE

Termin neparametarska optimizacija upotrebljava se za vrstu optimizacija, koje rade na nivou koordinata čvorova i vrednosti elemenata direktno na modelu konačnih elemenata. U ovom tekstu fokus je na korišćenju softverskih alata za simulaciju i neparametarsku optimizaciju, koje nudi Dassault Systemes u svom SIMULIA brendu.

3. Neparametarska OPTIMIZACIJA

3.1 Optimizacija topologije

Optimizacija topologija počinje sa početnog funkcionalnog prostora (eng. Design space), u kome može biti sama geometrija. Algoritam optimizacije iterativno preraspodeli gustinu materijala u okviru prvobitnog funkcionalnog prostora na takav način da minimizuje ili maksimizuje ciljnu funkciju i ispuni postavljena ograničenja.

Klasičan primer topološke optimizacije je prikazan na slici 1, koja pokazuje optimizaciju viljuške. Cilj optimizacije je povećanje krutosti sa ograničenjem da zapremina početnog dizajna bude smanjena za 57%. Dalje optimizacija dodaje uslov, da su viljuške proizvedene tehnologijom livenja.

Na osnovu toga možemo da izgradimo parametrizovan CAD model, koji, sa što je moguće višom tačnošću, snima površine dobijene topološkom optimizacijom.

3.2 Optimizacija površine

Sledeća vrsta optimizacije u izboru neparametarskih optimizacija je optimizacija površine. (eng. Shape optimization). Ona je namenjena optimizaciji površine modela konačnih elemenata, pri čemu su varijable koje optimizujemo, koordinate čvorova na površini. Obično je cilj optimizacije površine minimizacija koncentracije napona. Optimizacija površine je prikazana na primeru klipnjače na slici 2.

Isto kao i u primeru topološke optimizacije, potrebno je na osnovu modela konačnih elemenata izgraditi parametrizovan CAD model, koji sa većom tačnošću snima površine. 

3.3 optimizacija debljine 

Obično je cilj optimizacije debljine povećanje krutosti izratka od lima uz ograničenje ukupne težine konstrukcije. Primer te vrste je prikazan na slici 3, gde je za potrebe studije izvodljivosti optimizovana debljina lima na modelu karoserije vozila, koju su razvili u NCAC center Univerze George Washington u SAD.

Rezultat optimizacije je smanjena masa karoserije za 15% - 49 kg uz ostatak istih početnih krutosti torzije, fleksije i aksijalne krutosti.

3.4 optimizacija ojačanja

Optimizacija ojačanja izratka od lima temelji se na teoriji linija savijanja i odličan je alat za povećavanje krutosti i sopstvenih frekvencija i sa tim smanjenje akustične emisije tankih limenih proizvoda. Sama optimizacija zahteva 2 do 3 simulacije, određivanje oblika i visine ojačanja i može da utiče u razvoju proizvoda u cilju skraćenja razvojnog ciklusa. Primer optimizacije ojačanja prikazan je na slici 4.

4. Zaključak

U ovom članku predstavljene tehnologije računarske optimizacije ne mogu da zamene konstruktorska znanja i dugogodišnje iskustvo, ali kod razvoja mogu da budu od velike pomoći, pogotovo u slučajevima kombinovanih opterećenja uz različite granične uslove.

CADCAM Data d.o.o.
Adresa: Kneza Višeslava 70A,
11 030 Beograd, Srbija
Tel: +381 11 3573 007
Fax: +381 11 3573 007
E-mail: info.rs@cadcam-group.eu
Web: www.cadcam-group.eu/rs