Optimizacija proizvoda i provjera strukture u virtualnom svijetu

26.07.2017

Kako današnje tržište zahtjeva nove proizvode koji su lakši, jeftiniji i istovremeno otporniji na zamor, uobičajena praksa upotrebe simulacija u početnim fazama razvoja proizvoda više nije dovoljna.

Napredak računalnih tehnologija za virtualne procjene proizvoda predstavljaju neparametarske optimizacije, koje ne samo da ocjenjuju postojeća, već daju nova i bolja rješenja. Zato je u posljednih nekoliko godina prisutan trend upotrebe tehnologije topološke i drugih neparametarskih optimizacija.

Neparametarska optimizacija

Neparametarska optimizacija je pojam koji označava optimizaciju na principu koordinata čvorova i vrijednosti elemenata metode konačnih elemenata. U nastavku opisujemo četiri vrste neparametarske optimizacije

Optimizacija topologije

Optimizacija topologije počinje s početnog funkcionalnog prostora (eng. Design space) u kojem može biti i sama geometrija. Algoritam optimizacije iterativno preraspodjeljuje gustoću materijala u okviru prvobitnog funkcionalnog prostora, na način da minimizira ili maksimizira ciljnu funkciju i zadovolji dana ograničenja.

Uobičajeni primjer topološke optimizacije prikazan je na slici 1 koja prikazuje optimizaciju prednje vilice ovjesa automobila. Cilj optimizacije je povećati otpornost na deformacije uz ograničenja da volumen početnog modela bude smanjen za 57% te da se proizvode tehnologijom lijevanja. Na osnovu toga možemo napraviti parametrizirani CAD model koji, što je moguće točnije, snima površine dobivene postupkom topološke optimizacije.

Slika 1

Optimizacija površine

Druga vrsta neparametarske optimizacije je optimizacija površine (eng. Shape optimization). Koristi se za optimizaciju površine modela metodom konačnih elemenata pri čemu su varijable optimizacije koordinate čvorova na površini. Uobičajeni cilj optimizacije površine je minimiziranje koncentracije napona. Primjer optimizacije površine modela klipnjače prikazan je na slici 2. Jednako kao i kod topološke optimizacije, potrebno je na osnovu modela metodom konačnih elemenata izgraditi parametrizirani CAD model koji s većom točnošću snima površinu modela.

 Slika 2

Optimizacija debljine

Optimizacija debljine uobičajeno ima za cilj povećati otpornost na deformacije proizvoda od lima, uz zadano ograničenje ukupne težine konstrukcije. Primjer optimizacije debljine prikazan je na slici 3, gdje je za potrebe studije izvodljivosti optimizirana debljina lima na modelu karoserije automobila, koju su razvili u NCAC centru University George Washington u SAD-u. Rezultat optimizacije je smanjenje mase karoserije za 15% ili 49 kg, uz zadovoljenje ostalih kriterija otpornosti na deformacije tj. aksijalne, fleksijalne i torzijske krutosti.

Slika 3

Optimizacija ojačanja

Optimizacija ojačanja proizvoda od lima temelji se na teoriji linija savijanja i odličan je alat za povećavanje otpornosti na deformacije, poboljšanje frekvencija modela i smanjenje ispuštanja zvukova tankih limenih proizvoda. Sam postupak optimizacije zahtjeva 2 do 3 simulacije, određivanje oblika i visine ojačanja te može skratiti razvojni ciklus proizvoda. Primjer optimizacije ojačanja prikazan je na slici 4.

 Slika 4

Vještine konstruktora i stečena inženjerska znanja ne mogu zamjeniti ni ove vrste naprednih neparametarskih računalnih optimizacija, ali kod razvoja mogu biti od velike pomoći osobito kod složenijih opterećenja i više zadanih uvjeta koje model treba zadovoljiti.

CADCAM Group | Stoosova 1 | HR-10000 Zagreb | Croatia
+385 1 2016 100 | info@cadcam-group.eu