Optimizacija proizvoda i provjera strukture u virtuelnom svijetu

Optimizacija proizvoda i provjera strukture u virtuelnom svijetu

Korištenje različitih vrsta simulacija u početnim fazama razvoja proizvoda, postalo je stalna i konzistentna praksa. Korak naprijed virtuelne procjene pomoću kompjuterskih tehnologija u razvoju proizvoda predstavljaju neparametarske optimizacije, koje ne samo da ocjenjuju postojeća, već daju nova i bolja rješenja.

UVOD

Globalno tržište danas zahtjeva, da su novi proizvodi sve lakši, jeftiniji, krući i otporniji na zamor i da se blagovremeno lansiraju na tržište. U posljednjih 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.


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 korištenju softverskih alata za simulaciju i neparametarsku optimizaciju, koje nudi Dassault Systèmes u svom SIMULIA brendu.

Neparametarska OPTIMIZACIJA


Optimizacija topologije

Optimizacija topologije počinje s početnog funkcionalnog prostora (eng. Design space), u kome može biti sama geometrija. Algoritam optimizacije iterativno preraspodijeli gustinu materijala u okviru prvobitnog funkcionalnog prostora, na takav način, da minimizuje ili maksimizuje ciljnu funkciju i ispuni postavljena ograničenja. Klasičan primjer topološke optimizacije je prikazan na slici 1, koja pokazuje optimizaciju viljuške.


topoloska_optimizacija_viljuske
Slika 1

Cilj optimizacije je povećanje krutosti s ograničenjem, da zapremina početnog dizajna bude smanjena za 57%. Uslov za dalju optimizaciju je, da viljuške budu proizvedene tehnologijom livenja. Na osnovu toga možemo da izgradimo parametrizovan CAD model, koji, što je moguće s višom tačnošću, snima površine dobijene topološkom optimizacijom.


Optimizacija površine

Sljedeća vrsta optimizacije u izboru neparametarskih optimizacija je optimizacija površine. (eng. Shape optimization). Ona je namijenjena 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 primjeru klipnjače na slici 2.



optimizacija_povrsine_klipnjaceSlika 2
Isto kao i u primjeru topološke optimizacije, potrebno je na osnovu modela konačnih elemenata izgraditi parametrizovan CAD model, koji s većom tačnošću snima površine.


Optimizacija debljine

Obično je cilj optimizacije debljine povećanje krutosti izratka od lima uz ograničenje ukupne težine konstrukcije. Primjer 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.




optimizacija_debljine_karoserijeSlika 3
Rezultat optimizacije je smanjena masa karoserije za 15% - 49 kg uz ostatak istih početnih krutosti torzije, fleksije i aksijalne krutosti.


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 smanjuje akustične emisije tankih limenih proizvoda. Sama optimizacija zahtjeva 2 do 3 simulacije, određivanje oblika i visine ojačanja i može da utiče u razvoju proizvoda u cilju skraćenja razvojnog ciklusa. Primjer optimizacije ojačanja prikazan je na slici 4.



optimizacija_ojacanja
Slika 4

Zaključak

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

Kontaktirajte nas za više informacija o realističnim simulacijama u programskom rješenju SIMULIA

Autor: Dr Marko Vrh, CADCAM Lab d.o.o.