Технологии, промышленный дизайн, машиностроение. Инженер. Разрабатываю чертежи и 3D... · 2 мар 2021 · pavel-samuta.livejournal.com
Топологическая оптимизация в проектировании изделий.
Инженеры, как правило, пытаются проектировать объекты или системы с минимальной стоимостью, которые должны выдерживать максимальные неблагоприятные расчетные нагрузки; следовательно, (оптимальный) дизайн может быть систематически сформулирован в терминах задач минимизации с ограничениями; затем эти проблемы могут быть решены с помощью методов математического программирования, реализованных в высокоскоростных цифровых компьютерах.
Топологическая оптимизация - это математический метод предлагает математическую основу для определения наиболее эффективной компоновки материала для заданных ограничений и условий нагрузки, оптимизирует и распределяет материал для максимизации производительности системы. Это связано с тем, что материал выберет кратчайший путь от нагрузки до ограничения, в результате чего математически будет получена наиболее эффективная форма. Топологическая оптимизация находит широкое применение в аэрокосмической, механической, биохимической и гражданской инженерии. Оптимизация топологии является важным инструментом в проектировании, основанном на моделировании. Конструкция оптимизируется с использованием либо методов математического программирования на основе градиента, таких как алгоритм критериев оптимальности и метод перемещения асимптот, либо алгоритмов, не основанных на градиенте, таких как генетические алгоритмы. В большинстве случаев при оптимизации топологии мы хотим максимизировать жесткость при минимальном объеме модели. Повышенная жесткость достигается за счет минимизации энергии деформации в модели.
Простыми словами, мы изменяем конструкцию, структуру детали и ее модифицирующие параметры для большей производительности и экономии. В большинстве случаев, детали разрабатываются путем улучшения существующего дизайна или концепции. Топологическая оптимизация геометрии изделия обычно приводит к конструкциям, похожим на естественные структуры — гладким, без концентрации напряжения, то, что называют bionic design. Из-за естественных форм, которые встречаются в природе, результат часто бывает трудно изготовить. Быстрое прототипирование и, в более общем смысле, аддитивное производство позволяет изготавливать изделия сложной геометрии, которые очень сложно построить с помощью классического производства. Послойная технология аддитивного производства позволяет проектировать инновационные объекты, с использованием топологической оптимизации. Если мы возьмем, например, детали, которые будут производиться посредством аддитивного производства, возможности практически безграничны, учитывая, что аддитивное производство не предусматривает ограничений на форму детали, единственным ограничением аддитивного производства является минимальная толщина стенки.
Когда оптимизированная деталь должна быть изготовлена
с помощью традиционных методов производства, таких как литье или фрезерование, могут применяться производственные ограничения и / или шаблоны симметрии, чтобы избежать полостей и наложить желаемые условия.
с помощью традиционных методов производства, таких как литье или фрезерование, могут применяться производственные ограничения и / или шаблоны симметрии, чтобы избежать полостей и наложить желаемые условия.
Также может помочь конвергентное моделирование которое позволяет заниматься 3D-моделированием, одновременно используя фасетные данные треугольной сетки и данные B-Rep - (математически заданные поверхности, которые точно представляют замкнутые плотные тела, используя небольшие наборы данных).
Конвергентное моделирование
Технология конвергентного моделирования в NX дает каждому возможность выполнять фасетное моделирование без необходимости преобразования данных. Комбинируя фасетное, поверхностное и твердотельное моделирование в единой интегрированной среде, NX устраняет необходимость в обратном проектировании. Просто моделируйте напрямую с результатами оптимизации топологии. Конвергентное моделирование по сравнению с традиционными методами моделирования выполняется в 10 раз быстрее.
ПО для оптимизации топологии
Программное обеспечение, используемое инженерами для оптимизации топологии, - это Altair Optistruct в составе программного пакета Altair HyperWorks и Simcenter 3D на платформе Siemens NX™. На ранних этапах концептуального проектирования оптимизация топологии с помощью Altair Optistruct может дать ценные сведения и новые идеи. Инженер оптимизирует максимальную жесткость, удельные деформации, собственные частоты и многие другие параметры. Это достигается путем определения пространства дизайна, из которого создатель может удалять материал, пока не будет достигнута наиболее оптимальная форма. Altair Optistruct - признанный игрок с большим опытом обновлений, ориентированных на пользователей, что делает программное обеспечение очень подходящим для быстрой и простой оптимизации топологии.
Инженер. Опыт 12 лет. Разрабатываю чертежи и 3D модели в Компас 3D и AutoCad. 
Перейти на pavel-samuta.livejournal.com
> Конструкция оптимизируется с использованием либо методов математического программирования на основе градиента... Читать дальше
@Владимир Козлов, Еще в 1920-х годах некоторые “творческие мыслители” из ряда компаний по производству лампочек собрались вместе, чтобы решить проблему. Их лампочки работали слишком долго, и им нужны были новые клиенты. Только представьте себе! Так начался скользкий путь “запланированного устаревания”. Началом регулирования жизненного цикла товаров принято считать 1924 год. В этом году картелью лидирующих производителей Европы было введено первое ограничение: лампочка Эддисона, которая на тот момент могла служить более 2500 часов, стороны сошлись на том, чтобы перепроектировать свои лампочки таким образом, чтобы они сгорели не более чем через 1000 часов. С начала 21 века все товарные группы создаются в рамках данной концепции. Исключение составляют единичные премиальные бренды, которые сохраняют ремонтопригодность (пример – часы Оmega, автомобили Jaguar, мотоциклы Harley Davidson.
Запланированное устаревание лучше всего достигается путем тонкого убеждения потребителей в том, что “нормальный” срок службы продукта на самом деле короче, чем он есть на самом деле. Теоретически это означает более высокий процент возвращающихся клиентов. Способы реализации запланированного износа
Наиболее известные:
- Использование некачественных материалов в определённых местах, подверженных износу в определенный срок. Например, подшипников с электрохимической коррозией в стиральных машинах. Причем замена их происходит только в комплекте с заменой барабана, а в сумме с работами это дороже покупки новой техники.
- Невозможность ремонта, когда детали в случае их выхода из строя невозможно извлечь и заменить (несъемные аккумуляторы, неразборные элементы смартфонов).
- Внешнее устаревание, когда технический прогресс диктует внешний вид, функции устройства (пример, кнопочные телефоны без 4G, малопроизводительные процессоры, новые функции камеры и т.п.).
- Системное устаревание, когда компании перестают осуществлять техническую поддержку необходимых для техники программ.
- Запрограммированное устаревание, когда блокировка устройства производится намеренно в определённый период (картриджи струйных принтеров с чипом, блокировка зарядки аккумулятора).