Оптимальное проектирование топологии в ANSYS 18

ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2017

Оптимальное проектирование топологии в ANSYS

Новожилов ЮрийРуководитель направления HPC

yury.novozhilov@cadfem-cis.ru

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 2

Всероссийский форум ANSYS 18

Топологическая оптимизация

Пример расчета

Новые возможности

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 3

Всероссийский форум ANSYS 18

Геометрические формы любой сложности

Уменьшение количества компонентов

Снижение материалоемкости

Прямая печать металлом

Новая топливная форсунка GE Aviation • на 25% легче• в 5 раз надежнее• 1 деталь вместо 20 • ниже стоимость

Аддитивные технологии

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 4

Всероссийский форум ANSYS 18

Топологическая оптимизация – изменения в конструкции, включающие создание новых границ тела и удаление существующих, с целью увеличения или уменьшения заданного свойства конструкции при удовлетворении определенных условий (например, снижение материалоемкости).

Оптимизация топологии

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 5

Всероссийский форум ANSYS 18

Параметр проектирования – вектор псевдоплотности, показывает наличие или отсутствие материала в элементе ()

Целевая функция – минимизации податливости конструкции через минимизацию энергии деформации

Ограничения – соблюдение требований на снижение материалоемкости

Математическая постановка топологической оптимизации

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 6

Всероссийский форум ANSYS 18

Топологическая оптимизация есть в любой лицензии

Лицензионная политика

Mechanical Enterprise

Mechanical Premium

Mechanical Pro

Explicit

ACP

AQWA

SpaceClaim

ACT

Simplorer

AIM

RBD

Fatigue Module

Topology Optimization

DesignXplorer

RBD

Fatigue Module

Topology Optimization

DesignXplorer

Fatigue Module

Topology Optimization

DesignXplorer

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 7

Всероссийский форум ANSYS 18

Оптимизация сборки автомата перекоса несущего винта вертолета

Инструменты для современного производства

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 8

Всероссийский форум ANSYS 18

Топологическая оптимизация

Пример расчета

Новые возможности

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 9

Всероссийский форум ANSYS 18

Рабочий процесс и схема проекта

Постановка задачи механики

Поиск оптимальной формы

Проверка полученного результата

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 10

Всероссийский форум ANSYS 18

Узел автомата перекоса

Растягивающие усилия 10 КН

Закрепление сборки по оси

Максимальные напряжения 35 МПа

Пример постановки задачи

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 11

Всероссийский форум ANSYS 18

Минимизировать податливость

Снизить массу детали на 30%

Новая топология не тоньше 30 мм

Постановка задачи оптимизации

Область проектирования(синий)

Не оптимизируемая область(красный)

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 12

Всероссийский форум ANSYS 18

Оптимальная топология

Исходная геометрия Оптимальная топология

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 13

Всероссийский форум ANSYS 18

Восстановление геометрии для проверочного расчета

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 14

Всероссийский форум ANSYS 18

Топологическая оптимизация

Пример расчета

Новые возможности

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 15

Всероссийский форум ANSYS 18

Больше не надо устанавливать ACT

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 16

Всероссийский форум ANSYS 18

Собственная частота или несколько частот могут выступать целевой функцией – отстройка или настройка

Оптимизация по собственным частотам

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 17

Всероссийский форум ANSYS 18

Наблюдение за процессом оптимизации

Просмотр состояния моделиTopology Density Tracker

Графики сходимости процессаSolution Monitoring

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 18

Всероссийский форум ANSYS 18

Параметризация топологической оптимизации

Контроль технологичности

Критерии оптимальности

Результаты расчета

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 19

Всероссийский форум ANSYS 18

Экспорт значений псевдоплотности по координатам узлов КЭ сетки

Экспорт результатов оптимизации в текстовый файл

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 20

Всероссийский форум ANSYS 18

Скалярные поля свойств материалов (Material Field Variable)

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 21

Всероссийский форум ANSYS 18

Сравнение результатов, напряжения по Мизесу, МПа

Восстановленная геометрияСкалярное поле свойств

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 22

Всероссийский форум ANSYS 18

Топологическая оптимизация

Пример расчета

Новые возможности

© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 23

Всероссийский форум ANSYS 18

Аддитивные технологии уже реальность

Топологическая оптимизация доступна всем пользователями Mechanical

Скалярные поля свойств для ускорения проверочных расчетов

ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2017

Спасибо за внимание!

Новожилов ЮрийРуководитель направления HPC

yury.novozhilov@cadfem-cis.ru