Блог

Использование топологической оптимизации в поиске оптимальных конструкторских решений

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

Использование топологической оптимизации в поиске оптимальных конструкторских решений

Уменьшая массу ваших моделей, оптимизируете ли вы другие важные характеристики? Как насчет тепловых характеристик, технологических ограничений и прочих условий – например, наличия сплошной стенки?

Задачи теплопереноса очень распространены в инженерном деле: например, они возникают при разработке автомобильных трансмиссий, систем охлаждения электроники и т.д. Для таких задач также можно применять технологии топологической оптимизации – как для улучшения характеристик системы охлаждения, так и для одновременного усовершенствования тепловых и прочностных параметров посредством проведения связанного расчёта.

Ниже представлен пример топологической оптимизации конденсационного аппарата. Его задачей, как и у теплообменника в автомобильной системе кондиционирования, является отвод тепла. Поэтому, одной из основных задач при проектировании конденсационного аппарата является увеличение интенсивности теплообмена. Проведение топологической оптимизации без учёта этого требования не позволит разработать качественную конструкцию. Во время теплового расчёта вычисляется распределение температур и тепловые потоки в модели. Эти данные или интегральный показатель соответствия требованиям теплопередачи (HTC – Heat Transfer Compliance) могут использоваться в качестве целевых функций или ограничений при проведении топологической оптимизации. Интенсивность теплообмена будет увеличена при снижении температуры или показателя HTC.

На рисунке 1 чёрными линиями показан каркас исходной расчётной области. На рисунке 1(а) показаны результаты оптимизации конденсационного аппарата с  минимизацией показателя НТС в качестве целевой функции и без задания технологических ограничений. Такая постановка задачи приводит к древовидной структуре, которая является наиболее эффективной формой для рассеивания тепла, но сложна в изготовлении. Заказчик хотел получить классическую конструкцию с рёбрами охлаждения, которую было бы легче изготовить, поэтому для получения такого результата, показанного на рисунке 1(b), были заданы периодические технологические ограничения.

Топологическая оптимизация в тепловых расчётах

 

ANSYS Топологическая оптимизация конструкции по результатам теплового расчёта: (а) – без задания технологических ограничений, (b) – с заданием периодических технологических ограничений

 

Топологическая оптимизация отливок с настройкой «без отверстий» (No-hole Option)

Еще одно важное требование, которое необходимо учитывать,  – необходимость обеспечения сплошности литых деталей корпуса. Во многих случаях, например, если разрабатывается крышка двигателя, предпочтительно, чтобы топологическая оптимизация не приводила к появлению сквозных отверстий в деталях. Ниже приведено сравнение результатов оптимизации для отливки с отверстиями и без них. Обычные технологические ограничения, задаваемые для отливок, приводят к появлению сквозных отверстий, облегчающих конструкцию. При этом, если на их использование наложен запрет (No-hole Option), то материал удаляется сверху и снизу, оставляя лишь заданную минимально возможную толщину.

 

ANSYS Топологическая оптимизация литой детали: (а) – без ограничений на сквозные отверстия, (b) – с запретом на сквозные отверстия (No-hole Option)

 

Для получения дополнительной информации о применении описанных важных настроек и многих других новых возможностях оптимизационного модуля GENESIS (таких как поддержка суперэлементов ANSYS, менеджера удалённого решения RSM – Remote Solver Manager, предварительно напряженного модального расчёта и др.) вы можете перейти по ссылке, а также ознакомиться с материалами вебинара, который прошёл 13 июля.

Источник: ansys-blog.com
Автор:  Hong Dong

Понравился материал? Подпишитесь, чтобы быть в курсе событий

Facebook

Linkedin

Софт Инжиниринг Групп