Оптимизация конструкций
Инженерные услуги и расчеты в области машиностроения — являются основным профилем нашей организации.
Помимо оптимизации конструкции, мы выполняем инженерные расчеты на заказ, такие как:
- статические прочностные расчеты деталей;
- динамические прочностные расчеты;
- расчет на прогиб и перемещения;
- тепловые расчеты;
- гидравлические расчеты;
- расчет электрических нагрузок и заземления.
Оптимизация конструкций необходима, если Вы хотите уменьшить объём использования материала, при сохранении заданных технических характеристик изделия, и таким образом снизить себестоимость изготовления конечного продукта. Побочным эффектом оптимизации может быть улучшение внешнего вида конструкции.
Оптимизация конструкций включает в себя три связанные между собой проблемы – нахождению оптимальных размеров, структуры и формы.
Задача поиска оптимальных размеров можно формулировать, например, как определение оптимального распределения сечения пластины или стержня. Оптимальное распределение сечения сводит на минимум такие характеристики как:
- максимальные напряжения;
- податливость и энергия деформации;
- величина изгиба, при соблюдении условия равновесия и некоторых других ограничений и параметров проектирования.
Параметром проектирования может быть, например, сечение пластины, а переменной состояния – изгиб. Особенностью задачи оптимизаций размеров является область проектирования как уже известная, и она остается постоянной в процессе оптимизации. Целью оптимизации конструкции будет поиск формы, таким образом форма и есть неизвестная проектирования.
В оптимизацию структур входит нахождение формы, числа, местоположение пустоты в цельном элементе, и условий определения в структуре связываний. Цель, которую преследует оптимизация структуры — это поиск оптимальной распределенности материала внутри заданной области конструкции . Дано: пограничные условия, нагрузки, объем структуры и некоторые возможные ограничения, например определенные размеры и расположение пустот и локаций, заполненных единым материалом.
Структура, размеры и форма структуры — это не стандартная параметрическая функция, а множество распределенных функций, заданных в области конструкции.
Задача оптимизации формы означает применение конечно-элементного анализа для нахождения решения задачи вычисления функционала и механики, а также механических и геометрических ограничений.
Так как в процессе изменений может меняться форма конструкции и конечно-элементное разбиение, то для такого перезадания требуется некоторые параметризации, которые будут управлять перестроением сетки. Существуют три варианта решения такой параметризации, и выбор их зависит от программного обеспечения.
- Программное обеспечение, включающее систему CAD/CAE конечно-элементного моделирования и стороннюю программу-оптимайзер. Это наиболее продуктивный метод, который существует в Simulia от Dassault System. Но в этом случае необходимо наличие мощного вычислительного оборудования.
- Перестроение конечно-элементной сетки при переборах внутренними средствами системы конечно-элементного моделирования. При этом решении описание геометрии конструкции происходит в форме скрипта — задание последовательности операторов, которые зависят от значений параметров, которые однозначно устанавливают требуемые изменения геометрии при ее оптимизации.
- Метод деформируемой сетки и параметризованной геометрии. В этом методе предполагается деформация (движение узлов сетки без изменения ее структуры) построенной сетки по заложенному закону ее движения. Данный метод является очень эффективным средством, которое часто используется в задачах гидромеханики ,в частности, в задачах с поверхностным натяжением жидкости.
Таким образом в большинстве случаев для наших задач более всего подходит первый вариант нахождения оптимума конструкции, а именно использование специализированного программного обеспечения включающую CAD и CAE систему и прогрумму-оптимайзер. Примеры выполненных и реализованных работ можно посмотреть на сайте.
