Optimizacija proizvoda i provera strukture u virtuelnom svetu

27.07.2017

Korišćenje različitih vrsta simulacija u početnim fazama razvoja proizvoda, postalo je stalna i konzistentna praksa.

Korak napred virtuelne procene pomoću kompjuterskih tehnologija u razvoju proizvoda predstavljaju neparametarske optimizacije, koje ne samo da ocenjuju postojeća, već daju nova i bolja rešenja.

Globalno tržište danas zahteva da su novi proizvodi sve lakši, jeftiniji, krući i otporniji na zamor i da se blagovremeno lansiraju na tržište. U poslednjih 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 korišćenju softverskih alata za simulaciju i neparametarsku optimizaciju, koje nudi Dassault Systèmes u svom SIMULIA brendu.

Neparametarska OPTIMIZACIJA

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

Slika 1

Cilj optimizacije je povećanje krutosti sa 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, sa što je moguće višom tačnošću, snima površine dobijene topološkom optimizacijom.

Optimizacija površine
Sledeća vrsta optimizacije u izboru neparametarskih optimizacija je optimizacija površine. (eng. Shape optimization). Ona je namenjena 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 primeru klipnjače na slici 2.

Slika 2

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

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

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

Slika 4
 

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