Умный поиск

Оптимизация конструкций при разработке механических продуктов. Часть 3

Часть 3. Геометрическая параметризация

В данном посте рассмотрим подробнее различные виды параметризации:

  • параметризация размеров
  • параметризация формы
  • топологическая параметризация

Оптимизация конструкций при разработке механических продуктов | Dystlab Library

Geometry (предоставлено: Flickr)

Размеры

При размерной параметризации переменная проектирования является наперёд заданным набором размеров, описывающих геометрию продукта. Именно поэтому размерная оптимизация применяется, в основном, при детальном проектировании, когда только небольшие изменения могут иметь место. Размерная оптимизация обычно реализуется совместно с вариационной функциональной геометрией (feature-based variational geometry), доступной практически во всех современных CAD системах [1, 2]. Размерная оптимизация сегодня является довольно простой задачей, не требующей перестроения сетки на протяжении итераций. Сложность возникает только при значительных объёмах сеток и существенных нелинейных эффектах, требующих дополнительного анализа.

Форма

Параметризации формы позволяет изменять границы геометрии продукта. Обычно границы представляются гладкими параметрическими кривыми. Поскольку геометрия продукта может значительно изменяться в процессе оптимизации, обычно требуется автоматическое перестроение сетки. Так как параметризация формы происходит через представление границ объекта гладкими внешними кривыми, то много разработок было выполнено в этой области при создании авиакосмических средств. Прекрасный обзор оптимизации формы можно найти в [3].

Топология

Топологическая параметризация позволяет изменять подструктуры, соединённые в пределах фиксированной области проектирования. Топологическая оптимизация классифицируется на:

  • дискретно-элементную
  • непрерывную

При дискретно-элементном подходе область проектирования представляется конечным набором возможных положений дискретных элементов конструкции. Варьируя ширину/толщину каждого элемента в пределах от нуля (элемент исчезает) до определённого максимального значения, конструкция может получать различные размеры и топологию.

При непрерывном подходе область проектирования представляется как непрерывная «пустота» или материал с очень низкой плотностью. Варьируя распределение «пустота»/материал или плотность материала в пределах бесконечно малых микроструктур в каждом положении, конструкция приобретает различные размеры и топологию.

Поскольку конструкция представляется как набор примитивных элементов, это позволяет применять топологическую оптимизацию при концептуальном проектировании.

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. Chen, S. and Tortorelli, D., 1997, “Three-dimensional Shape Optimization with Variational Geometry”, Struct. Optim., 13(2-3), pp. 81-94.
  3. Haftka, R. T. and Grandhi, R. V, 1986, “Strcutural Shape Optimization: A Survey”, Comp Methods Appl. Mech. Eng., 57(1), pp. 91-106.
  4. Haftka, R. T. and Grandhi, R. V, 1986, “Strcutural Shape Optimization: A Survey”, Comp Methods Appl. Mech. Eng., 57(1), pp. 91-106.

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