CAD/CAM/CAE
819

Tối ưu hóa với Solidworks 2018

Topology – tạm dịch là một thuật ngữ để chỉ phương pháp tối ưu hóa một thiết kế theo tiêu chí về khối lượng. Công cụ này tối ưu hóa phi tham số một bộ phận, chi tiết từ thiết kế ban đầu (kích thước lớn nhất cho phép của chi tiết) và dựa vào tất cả các tải trọng, ràng buộc và . Tối ưu hóa Topology tìm kiếm “bố cục” vật liệu mới, cùng với điều kiện biên tối đa cho phép bằng cách phân bố lại mật độ vật liệu. Các công cụ tối ưu hóa đã tích hợp trong một số phần mềm chuyên về CAE như bộ giải Optistruct trong HyperWorks của Altair. Dần dần, các phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE như Creo Parametric của PTC hay SolidWorks của Dassult Systèmes cũng đã được cập nhật công cụ này ở các bản nâng cấp mới nhất.

Với bản nâng cấp mới nhất 2018 của Solidworks, công cụ tối ưu hóa Topology đã được tích hợp vào Solidworks Simulation trên cả 3 phiên bản là Standard, Professional và Premium. Ví dụ dưới đây sẽ giới thiệu về công cụ này trong phần mềm.

Chi tiết thiết kế ban đầu.

Trên hình là một bộ phận đỡ mui xe (nắp ca-pô), chi tiết màu xanh là chi tiết cần được tối ưu hóa. Với nghiên cứu Topology, chúng ta có thể thiết lập mục tiêu thiết kế để tìm ra tỷ lệ độ cứng với cân nặng tốt nhất, làm giảm khối lượng hoặc chuyển vị lớn nhất của chi tiết. Để có kết quả tối ưu, nên bắt đầu bằng việc thiết lập mục tiêu ở tùy chọn Best Stiffness to Weight ratio. Ngoài ra để có mục tiêu tối ưu hóa, cần xác định các điều kiện thiết kế để đảm bảo yêu cầu đặc tính cơ khí, ví dụ như phần trăm của khối lượng được bỏ đi, hay như việc phải đảm bảo quy trình công nghệ chế tạo. Để thực hiện Topology thành công, mục đích thiết kế nên phù hợp với toàn bộ yêu cầu về kết cấu và chế tạo.

Tại Study Property Manager, chọn Topology Study. Để thiết lập nghiên cứu Topology, cần xác định:

One Goal: Mục tiêu tối ưu hóa dẫn tới công thức toán học của thuật toán tối ưu hóa. Ở cây Topology Study, chọn Goals and Constraint. Ở bảng quản lí Goals and Constraints, chọn một trong các tiêu chí tối ưu: Best Stiffness to Weight ratio, Minimize Mass hoặc Minimize Maxium Displacement.

Constraints: Giới hạn giải pháp thiết kế bằng cách tăng phần trăm khối lượng có thể ước tính dưới giá trị chính xác, hoặc bằng cách thiết lập mục tiêu hiệu quả cho chuyển vị nhỏ nhất quan sát được trên mô hình. Chúng ta có thể xác định đến hai ràng buộc cho một mục tiêu tối ưu tại mục quản lí Goals and Constraints PropertyManager. Giao diện người dùng lọc các kiểu ràng buộc bạn có thể đặt dựa vào mục tiêu thiết kế.

Preserved Regions: Có nhiều vùng trên mô hình của bạn nằm ngoài tiến trình tối ưu và vẫn được giữ nguyên trạng thái như ban đầu ở hình dạng sau tối ưu. Đó thường là các phần mà chúng ta đặt lực lên và ràng buộc cố định. Để chọn các vùng không tối ưu hóa, đến Topology, chọn Option, sau đó chọn Perserved (Frozen) Region settings. Chúng ta có thể thêm các mặt không tham gia vào quá trình tối ưu ở mục Manufacturing Controls.

Manufacturing Controls: Tăng cường các ràng buộc hình học bằng các quy trình công nghệ để đảm bảo chi tiết được tối ưu có thể chế tạo được. Sử dụng các yêu cầu như De-mold Derection, Thickness Control hoặc Symmetry Controls tại mục Manufacturing Controls để gia tăng phần đối xứng cho hình dáng tối ưu của chi tiết. Dựa vào các thiết lập của mục tiêu tối ưu hóa, kiểm soát chế tạo, lưới, tải trọng, và điều kiện biên, trường quá trình tối ưu hóa đưa ra thiết kế chấp nhận được từ thiết kế ban đầu.

Material Mass Plot: Khi hoàn thành quá trình tối ưu hóa, chúng ta quan sát hình dáng tối ưu hóa của chi tiết dưới dạng phân bố vật liệu.

Trong suốt quá trình Tối ưu hóa Topology, chương trình bắt với không gian vật lý tối đa của ch tiết cho trước, bao gồm tất cả các phần tử, và thông qua quá trình lặp để xác định sự phân bố vật liệu bằng cách loại bỏ đi các phần tử “mềm” mà không góp phần vào độ cứng của chi tiết trong các trường hợp chịu tải trọng nhất định, điều kiện biên hay kiểm soát chế tạo.

Với mỗi phần tử, thuật toán tối ưu hóa kết hợp giữa module đàn hồi của vật liệu và mật độ khối lượng liên kết  trong khoảng từ 0.000 đến 1. Phần tử nào với ít liên kết với mật độ khối lượng (nhỏ hơn 0.3) được coi là phần tử “mềm”. Những phần tử này không đóng góp vào độ cứng toàn phần của chi tiết, và có thể được bỏ đi. Phần tử mà liên kết chặt với mật độ (lớn hơn 0.7), được xem là “khối”. Những phần tử này đóng góp đa số vào độ cứng của chi tiết và được giữ lại ở thiết kế cuối.

Material Mass hiển thị chi tiết đỡ mui xe đã được tối ưu như hình dưới. Các phần tử “mềm” đã được bỏ đi.

Hình ảnh tối ưu của chi tiết.

Ngoài ra, tùy chọn Calculate Smoothed Mesh sẽ tạo các lưới mịn từ việc kích hoạt Material Mass plot, giúp cho chi tiết sau tối ưu sẽ có tính thẩm mỹ cao hơn.

Hình ảnh tối ưu của chi tiết sau khi được làm mịn.

Một ví dụ khác là Tối ưu hóa khối lượng một chi tiết dạng thành, chịu lực như hình dưới:

Chi tiết chịu lực ban đầu.

Với mục tiêu thiết kế ban đầu là giảm 50% khối lượng (thiết lập tại tùy chọn Best Stiffness to Weight ratio), sau các thiết lập, phần mềm đưa ra thiết kế mới giảm đến 52% khối lượng so với thiết kế ban đầu.

Chi tiết sau khi tối ưu hóa.

Dựa vào biểu đồ, phần vật liệu màu vàng có tỷ lệ liên kết khối lượng cao hơn 0.7, phần màu tím (đã bị ẩn) là phần có tỷ lệ liên kết nhỏ hơn 0.3. Trong khoảng từ 0.3 đến 0.7 là các phần vật liệu cũng có thể bỏ đi được, nhưng cần phải thử nghiệm lại để đảm bảo độ bền cho chi tiết.

Với công cụ mới này, người dùng Solidworks có thêm trải nghiệm mới với phần mềm, giúp cho quá trình thiết kế trở nên hiệu quả hơn.

 

Theo What’s new Solidworks 2018

Mọi thông tin chi tiết về Commercial Solidworks vui lòng liên hệ:

Công ty TNHH SOLID & SOFT

Web: http://solidnsoft.com

Tel: (028) 7305 2255

Email: master@solidnsoft.com

Tại Miền Bắc:

Vui lòng liên hệ Tiến sỹ Trần Anh Tuấn – Tel: 0963 059 915

DOne @ MES LAB

Done

Author: Done

Specialization in Mechanical Engineering, Mechanical Design & Service design

Facebook Comments
RESPONSIVE LEADERBOARD AD AREA
RESPONSIVE LEADERBOARD AD AREA

Copyright © 2017 MES LAB. Địa chỉ: Toà nhà An Lạc, 368B Quang Trung, Hà Đông, Hà Nội
Hotline: 0129.547.4020

Lên đầu trang