Умный поиск

Оптимизация конструкций при разработке механических продуктов. Часть 1

Часть 1. Краткая история развития

Данный пост открывает цикл, посвящённый оптимизации конструкций при разработке механических продуктов. Оптимизация конструкций — молодое направление (до 30 лет), активно развивающееся на стыке науки и индустрии. Именно поэтому мне кажется, что понимание и умение правильно использовать алгоритмы, плагины и ПО для оптимизации конструкций является "must have" в портфеле навыков современного инженера.

Оптимизация конструкций при разработке механических продуктов | Dystlab Library

Фото GS Engineering

Доступные высокопроизводительные десктопные решения, а также коммерческое CAE (computer-aided engineering) ПО для анализа конструкций (ANSYS, NASTRAN, COMSOL, ABAQUS и проч.) широко распространены. Это привело к тому, что процесс анализа конструкций (structural analysis) соединился с численной оптимизацией (оптимизацией конструкций), тем самым снизив число итераций проектирования инженерами. Несмотря на это, оптимизация конструкций всё ещё не стала мейнстримом в многих отраслях индустрии.

Анализ конструкций в контексте разработки механических решений (mechanical product development) является прогнозированием состояния продукта, определением отклика на внешние нагрузки. В индустрии это обычно осуществляется при помощи FEA (finite element analysis), CFD (computational fluid dynamics) или MBD (multibody dynamics) геометрии продукта, сгенерированной при помощи CAD (computer-aided design) решений. Поскольку большинство механических продуктов работает под действием внешних нагрузок, анализ конструкций является необходимым в современном процессе разработки механических решений. Использование физических прототипов и моделей минимизировано или вообще исключено ввиду постоянно растущих требований к высокому качеству, низкой стоимости продукта и короткому времени на разработку.

Оптимизация конструкций при разработке механических продуктов | Dystlab Library

Фото New-Territories

Краткая история развития

Краткая история развития анализа и оптимизации конструкций выглядит так [1, 2, 3]:

  • до 80-х: анализ конструкций получил широкое распространение, заменив физические испытания. Оптимизация конструкций недоступна в связи с высокими затратами компьютерных ресурсов;
  • 80-е: анализ конструкций стал инструментом для итерационного проектирования. Несмотря на возросший интерес [4], оптимизация конструкций остаётся сугубо исследовательской областью;
  • 90-e: совместно c десктопными 3D CAD решениями, анализ конструкций становится основным драйвером для уменьшения циклов проектирования. Оптимизация конструкций становится эффективной опцией в ряде отраслей;
  • после 2000-е: анализ конструкций полностью вытесняет физические испытания в ряде отраслей. Несмотря на признание оптимизации конструкций в качестве инструмента проектирования, она всё ещё не получила широкую популярность.

Оптимизация конструкций при разработке механических продуктов | Dystlab Library

Фото Dassault Systèmes

В следующих постах мы познакомимся ближе с направлениями исследований в оптимизации конструкций, геометрической параметризацией при оптимизации, методами аппроксимации анализа конструкций совместно с оптимизационными циклами, алгоритмами оптимизации конструкций и многими другими важными аспектами.

Список источников

  1. Saitou, K., 2005, “A Survey of Structural Optimization in Mechanical Development”, J. Comp. and Inform. Science Eng., Vol. 5, pp. 214-226.
  2. Papalambros, P., 1995, “Optimal Design of Mechanical Components and Systems”, J. Mech. Des., 117B, pp. 55-62.
  3. Venkataraman, S. and Haftka, R. T., 2004, “Structural Optimization Complexity: What has Moore’s Law Done for Us?” Struct. Multidiscip. Optim., 28(6), pp. 375-387.
  4. Papalambros, P. Y. and Wilde, D. J., 2000, “Pricniples of Optimal Design: Modeling and Computation”, 2nd ed., Cambridge University Press, Cambridge, UK.

Богдан Товт — фото профиляБогдан Товт

Кандидат технических наук, инженер-исследователь, тьютор проекта Dystlab Education. Ведет онлайн-курсы:

- теоретическая механика
- цикл курсов по инженерной механике (статика, динамика, колебания)
- цикл курсов по МКЭ (основы, оценка прочности, сварные соединения, болтовые соединения)

Ментор бесплатной стажировки для инженеров-прочнистов по оценке прочности конструкций МКЭ.

Профиль в Dystlab Community

Под статьей | Случайные статьи по инженерии