firma Dassault Systèmes spełniła swoją obietnicę SOLIDWORKS World 2017 dotyczącą włączenia optymalizacji topologii w ramy symulacji SOLIDWORKS.
 |
|
część oryginalna (lewa) w porównaniu do części zoptymalizowanej topologicznie (prawa). (Zdjęcie dzięki uprzejmości Dassault Systèmes.)
optymalizacja topologii jest jednym z największych dodatków do SOLIDWORKS Simulation 2018. Pobiera Minimalne nakłady od użytkownika (obciążenia, przestrzeń projektowa, ograniczenia, warunki brzegowe i metody produkcji), a następnie uruchamia iteracyjny algorytm, który dostarcza prawie zoptymalizowaną część.
bez wątpienia takie narzędzie byłoby przydatne dla wielu użytkowników z prawie każdej branży, więc zagłębimy się w to, jak działa i co robi. Aby uzyskać szybki przegląd, sprawdź ten film:
aby uzyskać więcej informacji na temat nowości w SOLIDWORKS Simulation 2018, oprócz optymalizacji topologii, przeczytaj ten artykuł na temat reguły inżynierów (kliknij tutaj).
jak działa optymalizacja topologii SOLIDWORKS?
Von Mises analiza części zoptymalizowanej topologicznie. (Zdjęcie dzięki uprzejmości Dassault Systèmes.)
tak więc optymalizacja topologii musi brzmieć magicznie dla wielu projektantów. Wydaje się, że większość myśli za Ciebie.
niektóre narzędzia do optymalizacji topologii rozwijają części od podstaw. Inni odrywają się od starego projektu, dopóki nie ujawni się nowe optimum.
innymi słowy, optymalizacja topologii może być algorytmem addytywnym lub odejmującym.
w przypadku SOLIDWORKS zdecydowali się skupić na metodzie odejmującej. Aby to osiągnąć, wykorzystali Silnik optymalizacji Tosca pod maską do zasilania optymalizacji.
„uznaliśmy, że metoda odejmowania jest najbardziej atrakcyjna dla naszych klientów. To dobrze, że z istniejącą geometrią chcesz udoskonalić ” – powiedział Stephen Endersby, dyrektor ds. zarządzania portfelem produktów w SOLIDWORKS. „Dzięki firmie Tosca dysponujemy również technologią, która ma swoje osiągnięcia we własnym zakresie. Było to więc dobre, bezpieczne rozwiązanie dla naszych użytkowników.”
oprogramowanie działa poprzez przekształcenie przestrzeni projektowej w siatkę, a następnie poddanie jej symulacji wraz z zdefiniowanymi przez użytkownika obciążeniami, ograniczeniami i warunkami brzegowymi. Oprogramowanie następnie patrzy na sztywność każdego pojedynczego elementu i wycina elementy, które wydają się oferować niewielkie lub żadne korzyści konstrukcyjne lub produkcyjne. Proces ten jest następnie powtarzany, dopóki część nie spełni wszystkich ograniczeń i globalnej zgodności.
„globalna zgodność definiuje sztywność komponentu”, wyjaśnia Endersby. „Oprogramowanie sprawdza oryginalny kształt i sposób deformacji kształtu pod obciążeniami. Następnie oprogramowanie porównuje te wartości, aby zmierzyć odchylenie. Chcesz zminimalizować ogólne ugięcie.”
punkt odcięcia dla każdego elementu może być zdefiniowany przez użytkownika i zmieniony w dowolnym momencie. Informuje to oprogramowanie, kiedy zachować lub wyeliminować element. Następnie system przelicza kolejną iterację bez tych elementów i widzi, czy część przekracza lub znajduje się w zasięgu globalnej sztywności.
użytkownicy mogą również ustawić ograniczenia produkcyjne, które ograniczają zmiany geometrii. Na przykład inżynierowie mogą zdefiniować osie symetrii, kontroli grubości, ręczności, kierunku formy i wiele innych. Narzędzia te pomogą zapewnić, że twoja część będzie nadal wytwarzana pomimo jej organicznego wyglądu.
jako przykład, kierunek formy powiadomi narzędzie optymalizacji topologii o kierunku, z którego zostanie wyciągnięta część. Pomoże to ograniczyć ubytki, podcięcia i części, które są niemożliwe do wyodrębnienia z form.
Jak korzystać z optymalizacji topologii SOLIDWORKS
aby rozpocząć proces optymalizacji topologii, użytkownik definiuje obciążenia, ograniczenia i warunki brzegowe części. Stamtąd muszą określić cele optymalizacji topologii.
Load manager porównuje wydajność części pod różnymi obciążeniami. (Zdjęcie dzięki uprzejmości Dassault Systèmes.)
obecnie do celów zgodnych z topology optimize należy optymalizacja:
- sztywność do masy
- minimalna masa
- maksymalne przemieszczenie
ograniczenia procesu optymalizacji obejmują:
- wymagane kopie mechaniczne
- procent masy usunięty
- proces produkcyjny
- maksymalne ugięcie
należy zauważyć, że tylko jeden z tych celów może być wybrany na raz. Endersby sugeruje zacząć od sztywności do wagi.
„Wszystko będzie dobrze dopasowane do danych wejściowych, warunków brzegowych i mocnych stron, które zastosujesz. Jest to punkt odniesienia. Żadna analiza i tak nie jest jednorazowa. Po pierwsze, dokonaj ocen i zobacz, co się stanie, gdy zmienisz podejście optymalizacji topologii. Optymalizacja topologii może uwzględniać wiele kryteriów i warunków obciążenia. Najlepszą rzeczą jest tworzenie wielu badań z różnymi celami, aby uzyskać to, co chcesz zrobić.”
Endersby sugeruje, że inżynierowie używają narzędzia optymalizacji topologii do testowania ekstremalnych sytuacji. Chcesz dowiedzieć się, jak daleko możesz naprawdę posunąć projekt. W tym celu produkt jest dostarczany z menedżerem obciążenia, który śledzi dane wejściowe obciążenia, które będą regulować wynik optymalizacji topologii części.
Endersby sugeruje nawet, że przyszłe wersje narzędzia do optymalizacji topologii mogą śledzić i zarządzać celami, ograniczeniami i metodami produkcji. Pomoże to przyspieszyć rozwój twojej części i zmniejszyć niepotrzebne przeróbki. Teoretycznie może to nawet usprawnić lub zautomatyzować eksplorację kosmosu. To narzędzie byłoby podobne w funkcji do Menedżera obciążenia.
narzędzie do zarządzania ograniczeniami będzie bardzo przydatne w przyszłych iteracjach narzędzia optymalizacji topologii. Pomoże to inżynierom zoptymalizować kompromisy, które zawsze znajdą. Takie narzędzia pomogą inżynierom zobaczyć, że” niektóre ograniczenia można złagodzić, podczas gdy inne nie—będą znali granice swojego projektu”, powiedział Endersby.
użytkownicy mogą również wykluczyć regiony swojej części z optymalizacji topologii. Istnieje wiele powodów, dla których miałoby to sens. Być może jest to region, który trzyma się śruby? Być może jest to twarz, która łączy się z innym komponentem? Być może jest to twarz, która uzupełnia uszczelnienie innym elementem?
w tym przypadku Endersby ponownie sugeruje, aby uruchomić wiele tras, aby zobaczyć, co się dzieje, gdy zachowasz region, a co się dzieje, gdy nie. może to zainspirować Twój zespół do lepszego zaprojektowania całego zespołu.
„w przypadku wszystkich analiz, nawet optymalizacji topologii, nigdy nie uderzysz w run” – powiedział Endersby. „Patrzysz na wyniki i uruchamiasz je ponownie z różnymi założeniami i danymi wejściowymi, aby je ocenić. Potem uruchom go ponownie. To proces iteracyjny.”
jak zamienić optymalizację topologii w CAD
SOLIDWORKS oblicza wygładzoną siatkę i wprowadza ją do złożenia. (Zdjęcie dzięki uprzejmości Dassault Systèmes.)
jedną z zalet narzędzia do optymalizacji topologii SOLIDWORKS jest to, że jest ono przeznaczone do przenoszenia tych projektów do środowiska CAD.
Endersby wyjaśnia, że istnieją trzy metody, aby wprowadzić optymalizację do CAD w celu dalszej analizy i przetwarzania.
najpierw możesz wyświetlić wyniki na oryginalnym modelu CAD, który zrodził optymalizację. Inżynier może następnie użyć tej nakładki, aby poprowadzić zmiany do oryginalnej geometrii.
wyniki symulacji części zoptymalizowanej pod kątem topologii nałożonej na geometrię CAD. (Zdjęcie dzięki uprzejmości Dassault Systèmes.)
po drugie, inżynierowie mogą zapisać swoją geometrię optymalizacji topologii do pliku STL. Ponieważ istnieje nowa możliwość pracy z korpusami siatki w SOLIDWORKS, to skutecznie wprowadza geometrię do twojego CAD.
stąd inżynier może użyć funkcji „Oblicz gładką siatkę”, aby uzyskać ich geometrię.
wreszcie, istnieją różne produkty partnerskie dostępne dla użytkowników, które będą owijać geometrię powierzchni.
pomoże to inżynierom zachować organiczny wygląd swoich optymalizacji, jednocześnie oczyszczając geometrię. Jednym z takich dodatków dostępnych dla użytkowników SOLIDWORKS jest NPower.
przyszłość narzędzia do optymalizacji topologii SOLIDWORKS
wadą narzędzia do optymalizacji topologii SOLIDWORKS jest to, że obecnie brakuje optymalizacji topologii w stosunku wytrzymałości do masy. Endersby zauważa, że jest to coś, czego powinniśmy się spodziewać w przyszłych wydaniach. W końcu jedną z rzeczy jest optymalizacja sztywności części, aby nie zginała się, ale także nie chciała się rozbić.
„kiedy początkowo zaczęliśmy projektować silnik optymalizacji topologii,pracowaliśmy nad stosunkiem wytrzymałości do masy”, przyznał Endersby. „Przeszliśmy na stosunek sztywności do masy, ponieważ był on dokładniejszy do tego, co dawał ci solver w pierwszej iteracji. Plan na przyniesienie siły do wagi.”
kolejnym dodatkiem dodanym do narzędzia jest optymalizacja komponentów w zespole. Obecnie obciążenia z zespołu są nadrukowywane na części za pomocą analizy ruchu i przypisywania obliczonych obciążeń do obszarów części za pomocą sił kontaktowych.
wreszcie Endersby ma nadzieję wprowadzić więcej multifizyki do analizy topologii. Na przykład, modalne, termiczne i wyboczenia są na jego liście.
jak powiedział Endersby: Chcemy, aby ludzie używali tego w prawdziwym życiu.”
aby narzędzie optymalizacji topologii mogło być używane w prawdziwym życiu, musi modelować prawdziwe życie, a zatem uwzględniać multifizykę. „W prawdziwym świecie jest więcej ograniczeń niż w pierwszym wydaniu” – zgodził się Endersby. „Dodamy więcej, aby dopasować się do realnego świata.”
w rezultacie wygląda na to, że SOLIDWORKS będzie wkładał wiele przyszłej pracy w tę nową funkcję. Nic dziwnego, że w przyszłych wydaniach Dassault Systèmes ogłasza więcej możliwości narzędzia optymalizacji topologii.
o autorze
Shawn Wasserman (@ShawnWasserman) jest Internet Rzeczy (IoT) i edytor symulacji w ENGINEERING.com. jego pasją jest dbanie o to, aby inżynierowie podejmowali właściwe decyzje przy użyciu oprogramowania CAE (computer-aided engineering) i narzędzi programistycznych IoT. Shawn ma tytuł magistra inżynierii biologicznej na Uniwersytecie w Guelph i licencjat z inżynierii chemicznej na Uniwersytecie w Waterloo.