Dassault Systèmes a tenu sa promesse SOLIDWORKS World 2017 d’inclure l’optimisation de la topologie dans le cadre de simulation SOLIDWORKS.
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Pièce d’origine (à gauche) par rapport à une pièce optimisée pour la topologie (à droite). (Image reproduite avec l’aimable autorisation de Dassault Systèmes.)
L’optimisation topologique est l’un des plus grands ajouts à SOLIDWORKS Simulation 2018. Il prend des entrées minimales d’un utilisateur (charges, espace de conception, contraintes, conditions aux limites et méthodes de fabrication), puis exécute un algorithme itératif qui fournit une pièce quasi optimisée.
Il ne fait aucun doute qu’un outil comme celui-ci serait utile à de nombreux utilisateurs de presque toutes les industries, alors approfondissons son fonctionnement et ce qu’il fait. Pour un aperçu rapide, regardez cette vidéo :
Pour en savoir plus sur les nouveautés de SOLIDWORKS Simulation 2018, outre l’optimisation de la topologie, lisez cet article sur la règle des ingénieurs (cliquez ici).
Comment fonctionne l’optimisation de la topologie de SOLIDWORKS ?
Analyse de Von Mises d’une pièce optimisée pour la topologie. (Image reproduite avec l’aimable autorisation de Dassault Systèmes.)
Ainsi, l’optimisation de la topologie doit sembler magique pour de nombreux ingénieurs de conception. Il semble faire la majeure partie de la réflexion pour vous.
Certains outils d’optimisation de topologie développent des pièces à partir de zéro. D’autres cisèlent un ancien design jusqu’à ce qu’un nouvel optimum soit révélé.
En d’autres termes, l’optimisation de la topologie peut être un algorithme additif ou soustractif.
Pour SOLIDWORKS, ils ont choisi de se concentrer sur la méthode soustractive. Pour ce faire, ils ont utilisé le moteur d’optimisation Tosca sous le capot pour alimenter l’optimisation.
« Nous avons estimé que la méthode soustractive était la plus attrayante pour nos clients. C’est bien avec la géométrie existante que vous souhaitez affiner « , a déclaré Stephen Endersby, directeur de la gestion du portefeuille de produits chez SOLIDWORKS. « Avec Tosca, nous avons également la technologie qui a fait ses preuves en interne. C’était donc une bonne solution sûre pour nos utilisateurs. »
Le logiciel fonctionne en transformant un espace de conception en un maillage, puis en le soumettant à une simulation complète avec des charges, des contraintes et des conditions aux limites définies par l’utilisateur. Le logiciel examine ensuite la rigidité de chaque élément individuel et découpe des éléments qui semblent offrir peu ou pas d’avantages structurels ou de fabrication. Ce processus est ensuite itéré jusqu’à ce que la pièce réponde à toutes les contraintes et à la conformité globale.
« La conformité globale définit la rigidité du composant », a expliqué Endersby. « Le logiciel examine la forme d’origine et la façon dont la forme se déformera sous les charges. Le logiciel compare ensuite ces valeurs pour mesurer un écart. Vous souhaitez minimiser la déviation globale. »
Le point de coupure de chaque élément peut être défini par l’utilisateur et modifié à tout moment. Cela indique au logiciel quand conserver ou éliminer un élément. Le système recalcule ensuite l’itération suivante sans ces éléments et voit si la pièce dépasse maintenant ou se trouve dans la cible de la rigidité globale.
Les utilisateurs peuvent également définir des contraintes de fabrication qui limitent les modifications de la géométrie. Par exemple, les ingénieurs peuvent définir des axes de symétries, des contrôles d’épaisseur, la maniabilité, la direction du moule, etc. Ces outils vous aideront à vous assurer que votre pièce sera toujours manufacturable malgré son aspect organique.
À titre d’exemple, la direction du moule notifiera à l’outil d’optimisation de topologie la direction dans laquelle la pièce sera tirée. Cela aidera à limiter les cavités, les contre-dépouilles et les pièces impossibles à extraire des moules.
Comment utiliser SOLIDWORKS Topology Optimization
Pour démarrer le processus d’optimisation de la topologie, un utilisateur définit les charges, les contraintes et les conditions aux limites d’une pièce. À partir de là, ils doivent définir les objectifs de l’optimisation de la topologie.
Load manager compare les performances de la pièce sous différentes charges. (Image reproduite avec l’aimable autorisation de Dassault Systèmes.)
Actuellement, les objectifs compatibles avec la topologie optimize incluent l’optimisation:
- Rigidité par rapport au poids
- Masse minimale
- Déplacement maximal
Les contraintes sur le processus d’optimisation comprennent:
- Copies mécaniques requises
- Pourcentage de masse retiré
- Procédé de fabrication
- Déflexion maximale
Il est à noter qu’un seul de ces objectifs peut être choisi à la fois. Endersby suggère de commencer par la rigidité au poids.
« C’est un bon point de départ », a déclaré Endersby. »Tout s’harmonisera de manière agréable en ce qui concerne les entrées, les conditions aux limites et les forces que vous appliquez. C’est une référence. Aucune analyse n’est un accord unique de toute façon. Tout d’abord, faites des évaluations et voyez ce qui se passe lorsque vous modifiez l’approche d’optimisation de la topologie. L’optimisation de la topologie peut examiner plusieurs critères et conditions de chargement. La meilleure chose à faire est de créer plusieurs études avec des objectifs différents pour obtenir ce que vous voulez faire. »
Endersby suggère aux ingénieurs d’utiliser l’outil d’optimisation de la topologie pour tester les situations extrêmes. Vous voulez découvrir jusqu’où vous pouvez vraiment pousser le design. À cette fin, le produit est livré avec un gestionnaire de charge pour garder une trace des entrées de charge qui régiront le résultat de l’optimisation de la topologie de la pièce.
Endersby laisse même entendre que les futures versions de l’outil d’optimisation de topologie pourraient suivre et gérer vos objectifs, vos contraintes et vos méthodes de fabrication. Cela aidera à accélérer le développement de votre pièce et à réduire toute reprise inutile. En théorie, cela pourrait même rationaliser ou automatiser l’exploration spatiale de la conception. Cet outil aurait une fonction similaire au gestionnaire de charge.
Un outil gestionnaire de contraintes sera très utile pour les futures itérations de l’outil d’optimisation de topologie. Cela aidera les ingénieurs à optimiser les compromis qu’ils trouveront invariablement. Des outils comme celui—ci aideront les ingénieurs à voir que « certaines contraintes peuvent être assouplies, tandis que d’autres ne le peuvent pas – ils connaîtront les limites de leur conception », a déclaré Endersby.
Les utilisateurs peuvent également exclure des régions de leur partie de leur optimisation topologique. Il y a plusieurs raisons pour lesquelles cela aurait du sens. Peut-être est-ce une région qui tient sur un boulon? Peut-être est-ce un visage qui se connecte à un autre composant? Peut-être est-ce un visage qui complète un joint avec un autre composant?
Dans ce cas, Endersby suggère à nouveau d’exécuter plusieurs runs pour voir ce qui se passe lorsque vous préservez la région et ce qui se passe lorsque vous ne le faites pas. Cela pourrait inspirer votre équipe à mieux concevoir l’ensemble global.
« Pour toutes les analyses, même l’optimisation de la topologie, vous ne frappez jamais une seule fois », a déclaré Endersby. « Vous examinez les résultats et les exécutez à nouveau avec différentes hypothèses et entrées pour évaluer ces entrées. Ensuite, vous le relancez. C’est un processus itératif. »
Comment Transformer Votre Optimisation Topologique En CAO
SOLIDWORKS calcule un maillage lissé et l’introduit dans l’assemblage. (Image reproduite avec l’aimable autorisation de Dassault Systèmes.)
L’un des avantages de l’outil d’optimisation de la topologie de SOLIDWORKS est qu’il est conçu pour intégrer ces conceptions dans un environnement CAO.
Endersby explique qu’il existe trois méthodes pour intégrer votre optimisation en CAO pour une analyse et un traitement plus poussés.
Tout d’abord, vous pouvez afficher les résultats au-dessus du modèle CAO d’origine qui a engendré l’optimisation. L’ingénieur peut ensuite utiliser cette superposition pour guider les modifications apportées à la géométrie d’origine.
Résultats de simulation d’une pièce optimisée pour la topologie superposés à la géométrie CAO. (Image reproduite avec l’aimable autorisation de Dassault Systèmes.)
Deuxièmement, les ingénieurs peuvent enregistrer leur géométrie d’optimisation de topologie dans un fichier STL. Étant donné qu’il existe une nouvelle possibilité de travailler avec des corps de maillage dans SOLIDWORKS, cela intègre efficacement la géométrie dans votre CAO.
À partir de là, l’ingénieur peut utiliser la fonction « calculer le maillage lisse » pour obtenir sa géométrie.
Enfin, il existe différents produits partenaires disponibles pour les utilisateurs qui envelopperont votre géométrie en surface.
Cela aidera les ingénieurs à conserver l’aspect organique de leurs optimisations tout en nettoyant simultanément la géométrie. NPower est l’un de ces compléments de surfaçage disponibles pour les utilisateurs de SOLIDWORKS.
L’avenir de l’outil d’optimisation topologique de SOLIDWORKS
Un inconvénient de l’outil d’optimisation topologique de SOLIDWORKS est qu’il ne dispose actuellement pas d’une optimisation topologique du rapport résistance/poids. Endersby note que c’est quelque chose que nous devrions nous attendre à voir dans les prochaines versions. Après tout, c’est une chose d’optimiser la rigidité de votre pièce pour qu’elle ne se plie pas, mais vous ne voulez pas non plus qu’elle se brise.
« Lorsque nous avons commencé à concevoir le moteur d’optimisation de la topologie, nous travaillions sur le rapport résistance / poids », a admis Endersby. » Nous sommes passés au rapport rigidité/poids car il était plus précis par rapport à ce que le solveur vous donnait lors de la première itération. Prévoyez d’apporter de la force au poids. »
Une autre addition que Endersby espère voir ajoutée à l’outil est l’optimisation des composants au sein d’un assemblage. Actuellement, les charges de l’assemblage sont imprimées sur la pièce à l’aide d’une analyse de mouvement et de l’attribution de charges calculées sur des régions de la pièce à l’aide de forces de contact.
Enfin, Endersby espère apporter plus de multiphysique dans l’analyse topologique. Par exemple, modal, thermique et flambage sont tous sur sa liste.
Comme l’a dit Endersby, « Nous ne voulons pas que ce soit juste des bonbons de démonstration. Nous voulons que les gens utilisent cela dans la vraie vie. »
Pour être utilisé dans la vie réelle, l’outil d’optimisation de la topologie doit modéliser la vie réelle et donc tenir compte de la multiphysique. « Il y a plus de contraintes dans le monde réel que cette première version », a convenu Endersby. « Nous en ajouterons d’autres pour correspondre au monde réel. »
En conséquence, il semble que SOLIDWORKS mettra beaucoup de travail à venir dans cette nouvelle fonctionnalité. Il ne sera pas surprenant de voir Dassault Systèmes annoncer plus de capacités de l’outil d’optimisation de la topologie dans les prochaines versions.
À propos de l’auteur
Shawn Wasserman (@ShawnWasserman) est l’éditeur d’Internet des Objets (IoT) et de simulation chez ENGINEERING.com . Il se passionne pour veiller à ce que les ingénieurs prennent les bonnes décisions lors de l’utilisation de logiciels d’ingénierie assistée par ordinateur (CAE) et d’outils de développement IoT. Shawn est titulaire d’une maîtrise en bio-ingénierie de l’Université de Guelph et d’un Baccalauréat en génie chimique de l’Université de Waterloo.