Новости

Топологическая оптимизация конструкций в ANSYS Mechanical

Топологическая оптимизация позволяет с помощью МКЭ расчетов снижать массу и улучшать жесткостные характеристики конструкций. Начиная с 17 версии в ANSYS Workbench Mechanical включены широкие возможности по решению задач топологической оптимизации.

Под оптимизацией топологии понимают изменения в конструкции, включающие создание новых границ тела и удаление существующих. Целью топологической оптимизации является увеличение или уменьшение заданного свойства конструкции (например, уменьшение энергии деформации, увеличение главной собственной частоты) при удовлетворении определенных условий (например, снижение материалоемкости).

Создание конечно-элементной сетки

1. Декартова КЭ (конечно-элементная)
сетка оптимизируемой конструкции

Задание граничных условий

2. Граничные условия и нагрузки: синим –
закрепления, красным – силы

Закрепление конструкции

3. Наборы элементов, исключенных из
пространства проектирования конструкции

Результат топологической оптимизации

4. Результат оптимизации – распределение
материала в конструкции

Вывод в формат STL

5. Необработанные контуры новой
топологии конструкции в формате STL

Граничные условия

6. Граничные условия и нагрузки, приложенные
к конструкции после обработки

Конечно-элементная сетка для новой топологии

7. Автоматизировано построенная КЭ сетка
для новой топологии

Эквивалентные напряжения в оптимизированной конструкции

8. Результат поверочного расчета – поле

напряжений в конструкции с новой топологией

Начиная с 17 версии в ANSYS Workbench Mechanical включены возможности по решению задач топологической оптимизации. Топологическая оптимизация, выполняемая средствами программного обеспечения ANSYS, выполняется в нескольких этапов.

На первом этапе проводится постановка и решение прочностной задачи методом конечных элементов (МКЭ) в ANSYS Mechanical. Для этого задается контурная геометрическая область конструкции, ее механические свойства, условия закрепления и действующие нагрузки.

ANSYS обладает обширной встроенной библиотекой свойств материалов для расчетов. Геометрия модели может быть импортирована из основных CAD систем: SolidWorks, Autodesk Inventor, PTC Creo, Catia v5, Solid Edge, Rhinoceros, SketchUp, Siemens NX, AutoCAD. При использовании иной CAD системы, как например Компас-3D, геометрия передается через один из многочисленных открытых форматов: Parasolid, STEP, SAT, IGES.

Нагрузки на конструкцию не только задаются в ANSYS Mechanical, но получаются в рамках многодисциплинарных расчетов или импорта из внешних файлов (как результаты сторонних расчётов). Так, например, может быть учтено давление, создаваемое потоком на крыло или приложена распределенная нагрузка согласно ГОСТ или СНиП.

После решения прочностной задачи начинается непосредственная работа по топологической оптимизации конструкции. Формулируется целевая функция – снижение податливости конструкции, испытывающей один или несколько вариантов нагружения, увеличение собственных частот, ограничение по деформациям или иная.

Для корректной работы алгоритма описывается пространство проектирования: определяется область конструкции, топология которой может меняться, и область, для которой изменения запрещены. Дополнительное удобство обеспечивают инструменты, контролирующие возможность изготовления получаемой топологии. Эти инструменты позволяют требовать соблюдения линейной или циклической симметрии топологии, проверять возможность изготовления детали путем литья или фрезеровки, отсутствие внутренних полостей. Также возможен контроль минимального или максимального размера вновь получаемых элементов топологии конструкции.

После задания всех необходимых настроек алгоритма оптимизации остается указать желаемый процент снижения материалоемкости и запустить расчет.

По итогам расчета ANSYS Mechanical позволяет экспортировать полученную топологию в формате STL. На этом можно заканчивать оптимизацию, но программное обеспечение ANSYS позволят сделать намного больше – а именно выполнить поверочный расчет.

ANSYS SpaceClaim Direct Modeler, один из самых совершенных на рынке инструментов прямого моделирования геометрии, способен прочитать, проверить, исправить и существенно упростить STL геометрию. Обработанная в SpaceClaim STL модель конвертируется в формат, пригодный для повторного расчета.

ANSYS Meshing, основной сеточный генератор ANSYS, обладает специализированным алгоритмом построения качественной сетки на телах, обладающих сложной топологией и высокой сложностью поверхностей. Алгоритм позволяет получить сетку высокого качества без необходимости ручной подготовки геометрии. 

После создания КЭ модели с новой топологией поверочный расчет в ANSYS Mechanical позволит быть уверенным в работоспособности облегченной конструкции.
Связанные новости
Сотрудники АО «ЦИФРА» приняли участие в расширенном заседании НТК АО «Газпром диагностика» по теме «Использование моделирования на основе метода конечных элементов (МКЭ) при проведении экспертизы промышленной безопасности линейной части магистральных газопроводов и шлейфов компрессорных станций».

18 июля Экспертный совет по аттестации программных средств при Ростехнадзоре принял решение включить АО «ЦИФРА» в перечень организаций-пользователей SCAD Office. Лицензия SCAD Office № 18587 и решение Ростехнадзора размещены в разделе Программное обеспечение.

Связанные публикации в блоге
На сегодняшний день крупнейшими производителями сосудов и аппаратов, работающих под давлением, является Китай, Германия, Канада, Великобритания, Россия и другие. Оборудование, изготавливаемое этими странами, поставляется и применяется по всему миру. При этом в каждой эксплуатирующей стране разработана своя нормативно-техническая база. Проблема заключается в том, что все нормы весьма разнородны по своему статусу и не образуют единой системы.
Бронеодеждой или БО согласно ГОСТ 34286-2017 называют средства индивидуальной броневой защиты, выполненные в виде пальто, накидок, плащей, костюмов, курток, брюк, комбинезонов, жилетов и т.п., предназначенные для периодического ношения с целью защиты туловища и (или) конечностей человека (за исключением стоп ног и кистей рук) от воздействия холодного оружия и огнестрельного стрелкового оружия, а также поражения осколками (далее - средства поражения). БО применяется тогда, когда может потребоваться защита жизни и здоровья человека. Она классифицируется и для нее проводятся испытания согласно назначенным классам.
Связанные вебинары
В рамках Договора о научно-техническом сотрудничестве между АО «ЦНИИМФ» и АО «ЦИФРА» на данном вебинаре заведующий отделом конструктивной надежности и защиты судов от коррозии АО «ЦНИИМФ» Алексей Петров расскажет об имеющемся опыте и перспективах использования компьютерного моделирования для решения различных задач, связанных с ремонтом или модернизацией судов в эксплуатации.
АО "ЦИФРА" объявляет о проведении серии лекций-вебинаров от ведущих приглашенных экспертов в области численного моделирования. В ходе первого вебинара данной серии будут рассмотрены вопросы прочностного анализа «легких» (lightweight) композитных конструкций при динамическом нагружении с использованием явных решателей (сеточного и бессеточного) ПО LS-DYNA.

Закажите расчет

Команде профессионалов
Изменить файл
Поля, отмеченные звездочкой (*) обязательны для заполнения.