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Weimarer Optimierungs- und Stochastiktage 7.0
Internal | ED-TS/ETM3-Mahfoudh | 01/07/2010 | © Robert Bosch GmbH 2010. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing, distribution, as well as in the event of applications for industrial property rights.
Electrical Drives
Durchgängige Parameteroptimierung mit Hilfe der CATIA/Abaqus-Schnittstellen
“CATIA Associative Interface“ und „OptiqusCatia”
Dr. Samir [email protected]
Dipl.-Ing. Roland [email protected]
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Motivation
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Electrical Drives
Problem: Import von CATIA-Daten nach CAE
FEM-System
ABAQUS
CAD-System
CATIA
Zeitstrahl
Konstruktionsvarianten
Originalvariante Variante 1 Variante 2 Variante n
. . . . .
Originalvariante Variante 1 Variante 2 Variante n
. . . . . FE-Modelle
Catia
-Import
Manuelle Anpassung des FEM-Modells an modifizierte CAD-GeometrieKeine Optimierung der CAD-Geometrie mit ABAQUS/CAE möglich
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Motivation
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Electrical Drives
Lösung: CAI und OptiqusCatia-Schnittstellen
FEM-System
ABAQUS
CAD-System
CATIA
CAI &
Optiq
usC
atia
Konstruktionsvarianten
Originalvariante Variante 1 Variante 2 Variante n
. . . . .
Originalvariante Variante 1 Variante 2 Variante n
. . . . . FE-Modelle
Automatischer Parameterabgleich zwischen CATIA und Abaqus
Automatische Anpassung des FEM-Modells an modifizierte CAD-Geometrie Optimierung der CAD-Geometrie mit ABAQUS/CAE möglich
Zeitstrahl
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Aufbau des automatischen Workflows
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Electrical Drives
Manuelle Initialisierung
CATIA V5
Sta
rt
• CatPart• CatProduct
Abaqus/CAECAI
Abaqus/Solver
*.odb
Output Parameter
aus Abaqus
Inputparameter=Designtable
*.pro*_run.bat
Dynardo (ETK)OptiqusCatia
Plugin
Definition Zielfunktion& Constraints
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Aufbau des automatischen Workflows
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Electrical Drives
Automatischer Ablauf für DoE, Optimierung & Robustheit
Abaqus/CAE
Abaqus/Solver
CATIA V5
• CatPart• CatProduct
CAI *.odb
Output Parameter=
Abaqus-Ergebnisse
Dynardo (ETK)
Inputparameter=Designtable
*_run.bat
*.pro
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Problemfälle und Lösungsvorschläge
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Electrical Drives
Problemfall I: Regenerierung des CAD-Modells
� Beschreibung:� Viele Designs können auf Grund der Parameterkombination nicht regeneriert werden
� Der Wertebereich der Parameter ist schwierig vorhersagbar
� Folge� Zeitaufwändige Anpassung des CAD-Modells und/oder des Wertebereiches der Parameter notwendig
� Lösungsvorschlag� Regenerierungscheck in CATIA mit Ausgabe der zulässigenWertebereiche der Parameter
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Problemfälle und Lösungsvorschläge
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Electrical Drives
Problemfall II: Topologieänderung des CAD-Modells
� Beschreibung:� Änderung führt infolge veränderter Anzahl an geometrischen Entities zu fehlerhaften Randbedingungen, Lasten, Interactions und Meshseeds
� Folge� Mögliche Änderung des CAD-Modells� Aufwändige Überprüfung aller Designs� Fehlende oder fehlerhafte Korrelationen bei Sensitivitätsstudien� Falsches Optimum bei der Optimierung� Aufwändige Python-Programmierung für RB, Lasten,… notwendig
� Lösungsvorschlag� Regelbasierte Definition von Sets und Surfaces
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Problemfälle und Lösungsvorschläge
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Problemfall II: Beispiel
Neue Fläche wird zu grob vernetzt und nicht mit Druck beaufschlagt
Im DoE entstehen zu hohe Spannungen und damit falsche Wirkzusammenhänge
Python
Im DoE entstehen richtige Wirkzusammenhänge
Neue Fläche wird richtig vernetztund mit Druck beaufschlagt
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Problemfälle und Lösungsvorschläge
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Electrical Drives
Problemfall II: Prototypische Darstellung des RSS
VertexEdgeFaceCellRefpoint
CAD-Parameter-Box
d_1 = 1.0abq_33 = 33.86…
Import
Methods-Box
Auswahlmethoden z.B. :
„Entity liegt in der Ebene X“oder„Entity hat z-Koordinate > Y“
Selection-Box
z.B. Flächennummern1,4,7,19 sind selektiert
Mehrfachselektion
Einfach-selektion
Ruler-Box
z.B. Regel 1: Set-1 mit selektiertenFlächen aus Selection-BoxRegel 2: Surface_3 …
InterneSpeicherung
Export nachPython-Code
create_sets_surfaces.py
Entity-Box
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Anwendung am Wischantrieb
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Beschreibung des ABAQUS-Modells
� Sensitivitätsstudie zum Einfluss geometrischer Parameter auf statische und dynamische Produkteigenschaften
� Statische FE-Analyse� Einspannung der Dome� Einzelkraft am Abtrieb� 2g Beschleunigung in Z-Rtg.
� Dynamische FE-Analyse� Einspannung der Dome� 5 Eigenfrequenzen
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Anwendung am Wischantrieb
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Parameterbaum in OptiSLang
CAE
CATIA
ABAQUS-Inputfile
Rechencluster
ETK Python
ABAQUS-Outputfiles
Modellbilder *.png
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Anwendung am Wischantrieb
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Parameterdefinition in CATIA
T4
L5
T7
L7
T9
T1
L1L2
L3
T2
I1
M1
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Anwendung am Wischantrieb
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Ergebnisse (1/2)Statik: Verschiebung der Abtriebswelle
Die Höhe der Wand zwischen den Außendomen hat den größten Einfluss
Die Rippendicke zur Abstützung derAbtriebswelle hat den zweiwichtigstenEinfluss
Statik: Spannung im Gehäuse
Sehr geringes Bestimmheitsmaß desGesamtmodells.
Keine eindeutige Korrelation erkennbar,da der Ort des Spannungsmaximumsvariiert
L5
T1
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Anwendung am Wischantrieb
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Ergebnisse (2/2)Dynamik: Eigenfrequenzen
Die Dicke der mittleren Rippehat auf alle 5 Eigenfrequenzeneinen mittleren bis hohen Ein-fluss T9
Modell: Masse
Die Dicke und die Länge des Poltopfes haben den größtenEinfluss auf die Masse
T2
L1
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Anwendung am Wischantrieb
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Verbesserungsvorschläge für OptiSLang/Post� Deaktivieren von Responsevariablen in der Statistik und beim Save.
� Deaktivieren/Aktivieren/Einfärben von Designs in der Statistik mit Hilfe einer Historyliste und Speicherung im .bin-file.
� Automatischer Response Surface Plot (Cloud Plot) in der Statistik für die selektierte Responsevariable und deren beiden wichtigsten Designvariablen.
� Zuschaltbare Berechnung des Metamodel of Optimal Prognosis für die selektierte Responsevariable auf Basis der aktuell aktivierten Designs
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Anwendung am Wischantrieb
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Zusammenfassung
� Die richtige Definition der CAD-Parameter und deren zulässiger Wertebereich erforderte mehrere Iterationen.
� Der Aufbau des OptiSLang-Workflows mit CATIA, CAE, ABAQUSund ETK erfolgte ohne manuelles Skripting.
� Die Sensitivitätsstudie zeigt bis auf die maximale Spannung aus-reichend große Bestimmtheitsmaße und damit mit hoher Sicherheit die wichtigsten CAD-Parameter für jede Responsevariable.
� Obwohl die Anzahl der Entities im Gehäuse schwankt, sind die Interactions und BoundaryConditions an den richtigen Flächen.
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� Die Definition der CAD-Parameter erfordert grundlegende Kenntnisse in CATIA .
� Mit Hilfe der Schnittstellen reduziert sich der Modellierungsaufwand bei Konstruktionsänderungen erheblich.
� Der Aufbau des OptiSLang-Workflows mit CATIA, ABAQUS und ETK istweitgehend automatisiert, bedarf aber der stetigen Anwendung.
� Der erste Initialaufwand bis zum erfolgreichen DoE ist hoch, aber danach gutes Werkzeug zur Designfindung/Designverbesserung
� Einsatz der Methodik ist nur für fortgeschrittene, erfahrene CAE-Benutzergeeignet
� Sehr hoher Bedarf an ABAQUS-Lizenzen und Hardware
Parameteroptimierung mit CAI und Optiqus/CATIA
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Zusammenfassung
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Erweitertung des Optimierungsworkflow
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Einsatz der Topologieoptimierung
� Ziel:� Nutzung der Topologieoptimierung zur Erzeugung einer voroptimierten Geometrie als Basis für die Parameteroptimierung
BeschreibungDesignraum
TopologieOptimierung
ParametriertesCAD-Modell
Parameter-optimierung
OptimalesBauteil
F
� Probleme:� Die FE-Analysen müssen ähnlich sein.� Die Definition der Optimierungsprobleme müssen ähnlich sein.� Die Umsetzung des Ergebnisses der Topologieoptimierung muss manuell in ein CAD-Modell überführt werden.
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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