Dassault Syst, care a făcut bine promisiunea SOLIDWORKS World 2017 de a include optimizarea topologiei în cadrul simulării SOLIDWORKS.
 |
|
partea originală (stânga) în comparație cu o parte optimizată pentru topologie (dreapta). (Pentru imagine, multumim Dassault Syst Inktifmes.)
optimizarea topologiei este una dintre cele mai mari adăugiri la SOLIDWORKS Simulation 2018. Este nevoie de intrări minime de la un utilizator(SARCINI, spațiu de proiectare, constrângeri, condiții limită și metode de fabricație) și apoi rulează un algoritm iterativ care furnizează o parte aproape optimizată.
fără îndoială, un instrument ca acesta ar fi util pentru mulți utilizatori din aproape orice industrie, așa că haideți să săpăm mai adânc în modul în care funcționează și ce face. Pentru o privire de ansamblu rapidă, consultați acest videoclip:
pentru mai multe despre ceea ce este nou în SOLIDWORKS Simulation 2018, pe lângă optimizarea topologiei, citiți acest articol despre regula inginerilor (faceți clic aici).
cum funcționează optimizarea topologiei SOLIDWORKS?
analiza Von Mises a unei părți optimizate pentru topologie. (Pentru imagine, multumim Dassault Syst Inktifmes.)
deci, optimizarea topologiei trebuie să sune magic pentru mulți ingineri de proiectare. Se pare că face cea mai mare parte a gândirii pentru tine.
unele instrumente de optimizare topologie cresc piese de la zero. Alții se îndepărtează la un design vechi până când se dezvăluie un nou optim.
cu alte cuvinte, optimizarea topologiei poate fi un algoritm aditiv sau substractiv.
pentru SOLIDWORKS, au ales să se concentreze pe metoda substractivă. Pentru a realiza acest lucru, au folosit motorul de optimizare Tosca sub capotă pentru a alimenta optimizarea.
„am considerat că metoda substractivă a fost cea mai atractivă pentru clienții noștri. Este bine cu geometria existentă pe care doriți să o rafinați”, a declarat Stephen Endersby, director de gestionare a portofoliului de produse la SOLIDWORKS. „Cu Tosca, avem și tehnologia care are un palmares intern. Deci, a fost o soluție bună și sigură pentru utilizatorii noștri.”
software-ul funcționează transformând un spațiu de proiectare într-o plasă și apoi supunându-l unei simulări complete cu sarcini, constrângeri și condiții limită definite de utilizator. Software-ul analizează apoi rigiditatea fiecărui element individual și elimină elemente care par să ofere beneficii structurale sau de fabricație puțin sau deloc. Acest proces este apoi iterat până când partea îndeplinește toate constrângerile și conformitatea globală.
„conformitatea globală definește rigiditatea componentei”, a explicat Endersby. „Software-ul privește forma originală și modul în care forma se va deforma sub sarcini. Software-ul compară apoi aceste valori pentru a măsura o abatere. Doriți să minimalizați deformarea generală.”
punctul limită pentru fiecare element poate fi definit de utilizator și modificat în orice moment. Acest lucru spune software-ului când să păstreze sau să elimine un element. Sistemul recalculează apoi următoarea iterație fără aceste elemente și vede dacă partea depășește acum sau se află în ținta rigidității globale.
utilizatorii pot seta, de asemenea, constrângeri de fabricație care limitează modificările geometriei. De exemplu, inginerii pot defini axe de simetrii, controale grosime, handedness, direcția de mucegai și mai mult. Aceste instrumente vă vor ajuta să vă asigurați că partea dvs. va fi în continuare fabricabilă, în ciuda aspectului său organic.
ca exemplu, direcția matriței va notifica instrumentul de optimizare a topologiei a direcției din care va fi trasă piesa. Acest lucru va ajuta la limitarea cavităților, a tăieturilor și a pieselor care sunt imposibil de extras din matrițe.
cum se utilizează optimizarea topologiei SOLIDWORKS
pentru a începe procesul de optimizare a topologiei, un utilizator definește sarcinile, constrângerile și condițiile limită ale unei părți. De acolo, ei trebuie să definească obiectivele optimizării topologiei.
Load manager compară modul în care partea efectuează sub diferite sarcini. (Pentru imagine, multumim Dassault Syst Inktifmes.)
în prezent, obiectivele compatibile cu topologia optimizați includ optimizarea:
- rigiditate la greutate
- masă minimă
- deplasare maximă
constrângerile privind procesul de optimizare includ:
- copii mecanice necesare
- procentul de masă eliminat
- procesul de fabricație
- deformarea maximă
trebuie remarcat faptul că numai unul dintre aceste obiective poate fi ales la un moment dat. Endersby sugerează să începeți cu rigiditate la greutate.
„este un bun punct de plecare”, a spus Endersby.”Totul se va potrivi într-un mod frumos în ceea ce privește intrările, condițiile limită și punctele forte pe care le aplicați. Acesta este un punct de referință. Nici o analiză nu este o afacere unică oricum. În primul rând, faceți evaluări și vedeți ce se întâmplă atunci când schimbați abordarea de optimizare a topologiei. Optimizarea topologiei poate analiza mai multe criterii și condiții de încărcare. Cel mai bun lucru este să creați mai multe studii cu obiective diferite pentru a obține ceea ce doriți să faceți.”
Endersby sugerează că inginerii folosesc instrumentul de optimizare a topologiei pentru a testa situațiile extreme. Vrei să descoperi cât de departe poți împinge cu adevărat designul. În acest scop, produsul vine cu un manager de sarcină pentru a urmări intrările de sarcină care vor guverna rezultatul optimizării topologiei piesei.
Endersby sugerează chiar că versiunile viitoare ale instrumentului de optimizare a topologiei ar putea urmări și gestiona obiectivele, constrângerile și metodele de fabricație. Acest lucru vă va ajuta să accelerați dezvoltarea părții dvs. și să reduceți orice reprelucrare inutilă. În teorie, acest lucru ar putea chiar să eficientizeze sau să automatizeze explorarea spațiului de proiectare. Acest instrument ar fi similar în funcție de managerul de încărcare.
un instrument constrângeri manager va fi foarte util pentru iterații viitoare ale instrumentului de optimizare topologie. Aceasta va ajuta inginerii să optimizeze compromisurile pe care le vor găsi invariabil. Instrumente de acest gen vor ajuta inginerii să vadă că „unele constrângeri pot fi relaxate, în timp ce altele nu pot—vor cunoaște limitele designului lor”, a spus Endersby.
utilizatorii pot, de asemenea, să excludă regiunile din partea lor din optimizarea topologiei. Există diverse motive pentru care acest lucru ar avea sens. Poate că este o regiune care ține un șurub? Poate că este o față care se conectează la o altă componentă? Poate că este o față care completează un sigiliu cu o altă componentă?
în acest caz, Endersby sugerează din nou să rulați mai multe rulări pentru a vedea ce se întâmplă atunci când păstrați regiunea și ce se întâmplă atunci când nu. acest lucru ar putea inspira echipa dvs. să proiecteze mai bine ansamblul general.
„pentru toate analizele, chiar și optimizarea topologiei, nu ați lovit niciodată o dată”, a spus Endersby. „Te uiți la rezultatele și rulați-l din nou cu diferite ipoteze și intrări pentru a evalua aceste intrări. Apoi rulați-l din nou. Este un proces iterativ.”
cum să transformați optimizarea topologiei în CAD
SOLIDWORKS calculează o plasă netezită și o introduce în ansamblu. (Pentru imagine, multumim Dassault Syst Inktifmes.)
un avantaj pentru instrumentul de optimizare topologie SOLIDWORKS este că este conceput pentru a lua aceste modele într-un mediu CAD.
Endersby explică faptul că există trei metode pentru a vă aduce optimizarea în CAD pentru analiză și procesare ulterioară.
mai întâi, puteți afișa rezultatele deasupra modelului CAD original care a generat optimizarea. Inginerul poate folosi apoi această suprapunere pentru a ghida modificările la geometria originală.
rezultatele simulării unei părți optimizate pentru topologie suprapuse pe geometria CAD. (Pentru imagine, multumim Dassault Syst Inktifmes.)
în al doilea rând, inginerii își pot salva geometria de optimizare a topologiei într-un fișier STL. Deoarece există o nouă abilitate de a lucra cu corpuri de plasă în SOLIDWORKS, acest lucru aduce în mod eficient geometria în CAD.
de aici, inginerul poate folosi funcția „calculați plasa netedă” pentru a obține geometria lor.
în cele din urmă, există diverse produse partenere disponibile utilizatorilor care vă vor înfășura geometria.
acest lucru va ajuta inginerii să păstreze aspectul organic al optimizărilor lor în timp ce curăță simultan geometria. Un astfel de add-in de suprafață disponibil pentru utilizatorii SOLIDWORKS este NPower.
viitorul instrument de optimizare topologie SOLIDWORKS’
un dezavantaj pentru instrumentul de optimizare topologie SOLIDWORKS este că îi lipsește în prezent o optimizare topologie raport putere-greutate. Endersby observă că acest lucru ar trebui să ne așteptăm să vedem în versiunile viitoare. La urma urmei, este un lucru să vă optimizați rigiditatea piesei, astfel încât să nu se îndoaie, dar, de asemenea, nu doriți să se spargă.
” când am început inițial proiectarea motorului de optimizare a topologiei, lucram la Raportul putere-greutate”, a recunoscut Endersby. „Ne-am mutat la raportul rigiditate-greutate, deoarece a fost mai precis la ceea ce solver a fost oferindu-vă în prima iterație. Planul de a aduce în puterea de greutate.”
o altă adăugare pe care Endersby speră să o vadă adăugată instrumentului este optimizarea componentelor dintr-un ansamblu. În prezent, încărcările din ansamblu sunt imprimate pe piesă folosind analiza mișcării și atribuind SARCINI calculate pe regiuni ale piesei folosind forțe de contact.
în cele din urmă, Endersby speră să aducă mai multe multiphysics în analiza topologiei. De exemplu, modal, termic și flambaj sunt toate pe lista lui.
după cum a spus Endersby, ” nu vrem ca acest lucru să fie doar bomboane demo. Vrem ca oamenii să folosească acest lucru în viața reală.”
pentru a fi utilizat în viața reală, instrumentul de optimizare a topologiei trebuie să modeleze viața reală și, prin urmare, să țină cont de multiphysics. „Există mai multe constrângeri în lumea reală decât această primă versiune”, a fost de acord Endersby. „Vom adăuga mai multe pentru a se potrivi cu lumea reală.”
ca rezultat, se pare că SOLIDWORKS va pune o mulțime de lucrări viitoare în această nouă caracteristică. Nu va fi surprinzător să vedem că Dassault Syst Inktifmes anunță mai multe abilități din instrumentul de optimizare a topologiei în versiunile viitoare.
despre autor
Shawn Wasserman (@ShawnWasserman) este Internetul Lucrurilor (IoT) și editorul de simulare la ENGINEERING.com. este pasionat de asigurarea faptului că inginerii iau deciziile corecte atunci când folosesc software-ul de inginerie asistată de calculator (CAE) și instrumentele de dezvoltare IoT. Shawn are un master în Bio-inginerie de la Universitatea din Guelph și un BASc în Inginerie Chimică de la Universitatea din Waterloo.