Оптимальное проектирование топологии в ANSYS 18

1. ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2017
Оптимальное проектирование топологии
в ANSYS
Новожилов Юрий
Руководитель направления HPC
yury.novozhilov@cadfem-cis.ru

2. © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 2
Всероссийский форум ANSYS 18
Топологическая оптимизация
Пример расчета
Новые возможности

3. © 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

4. © 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

5. © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 5
Всероссийский форум ANSYS 18
Параметр проектирования – вектор псевдоплотности, показывает наличие или
отсутствие материала в элементе (0 < 𝑥 𝑚𝑖𝑛≤ 𝑥 ≤ 1)
Целевая функция – минимизации податливости конструкции через минимизацию
энергии деформации
Ограничения – соблюдение требований на снижение материалоемкости
Математическая постановка топологической оптимизации

6. © 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

7. © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 7
Всероссийский форум ANSYS 18
Оптимизация сборки автомата перекоса несущего винта вертолета
Инструменты для современного производства

8. © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 8
Всероссийский форум ANSYS 18
Топологическая оптимизация
Пример расчета
Новые возможности

9. © 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

10. © 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

11. © 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)

12. © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 12
Всероссийский форум ANSYS 18
Оптимальная топология
Исходная геометрия Оптимальная топология

13. © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 13
Всероссийский форум ANSYS 18
Восстановление геометрии для проверочного расчета

14. © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 14
Всероссийский форум ANSYS 18
Топологическая оптимизация
Пример расчета
Новые возможности

15. © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 15
Всероссийский форум ANSYS 18
Больше не надо устанавливать ACT

16. © 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

17. © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 17
Всероссийский форум ANSYS 18
Наблюдение за процессом оптимизации
Просмотр состояния модели
Topology Density Tracker
Графики сходимости процесса
Solution Monitoring

18. © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 18
Всероссийский форум ANSYS 18
Параметризация топологической оптимизации
Контроль технологичности
Критерии оптимальности
Результаты расчета

19. © 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

20. © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 20
Всероссийский форум ANSYS 18
Скалярные поля свойств материалов (Material Field Variable)

21. © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 21
Всероссийский форум ANSYS 18
Сравнение результатов, напряжения по Мизесу, МПа
Восстановленная геометрияСкалярное поле свойств

22. © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ANSYS, Inc., 2017 22
Всероссийский форум ANSYS 18
Топологическая оптимизация
Пример расчета
Новые возможности

23. © 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

24. ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2017
Спасибо за внимание!
Новожилов Юрий
Руководитель направления HPC
yury.novozhilov@cadfem-cis.ru