Începând cu versiunea 18.0, ANSYS pune la dispoziția clienților modulul de Optimizare Topologică. Acesta este disponibil pentru licențele DesignSpace, Mechanical Pro, Mechanical Premium și Mechanical Enterprise.

Este orientat în primul rând spre tehnologiile de prelucrare aditivă, dar oferă un uriaș potențial și clienților care dezvoltă produse prin injecție, turnare, forjare, matrițare printr-o distribuție foarte eficientă a materialului. De asemenea oferă informații valoroase pentru operațiile de prelucrare ulterioare care se realizează prin îndepărtare de material.

Accesarea sistemului de optimizare topologica

Modulul de Optimizare Topologică se accesează plasând “Topology Optimization” din “Analysis Systems” peste celula “Solution” a unui sistem Static Structural sau Modal.

Legând sistemul de Optimizare Topologică la un Sistem Static Structural sau Modal introducem un nou obiect "Toplogy Optimization" în proiect.

Definirea problemei de optimizare

Astfel la obiectul "Toplogy Optimization" sunt adăugate implicit următoarele secțiuni:

• Analysis Settings: Setări de solver
• Solution Selection: Indică sistemul de analiză din amonte
• Optimization Region: Definește regiunea din care se exclude material
• Response Constraints: Definește limitele pentru masă sau volum, sau tensiunea maximă în timpul optimizării
• Objective: Definește obiectivul optimizării, cum ar fi maximizarea rigidității sau maximizarea frecvențelor naturale.

Anterior optimizării propriuzise, se pot folosi analize statice structurale sau modale, iar în ceea ce privește contactele, acestea sunt liniare (Bonded).

Ca funcții obiectiv se pot defini:

• Maximizarea rigidității (Minimize Compliance) pentru încărcări simple sau multiple
• Maximizarea uneia sau mai multor frecvențe naturale
• Minimizarea masei
• Minimizarea volumului.

Se pot impune următoarele constrângeri:

• Masa
• Volum
• Tensiune von Mises
• Deplasări (Beta)
• Frecvențe naturale

Studiul topologic oferă posibilitatea de a impune și constrângeri de fabricație

• Mărimea minimă a componentului (Minimum Member Size)
• Mărimea maximă a componentului (Maximum Member Size)
• Direcția de extrudare (Pull Out Direction) (Beta)

Dimensiunea minimă a membrilor poate fi privită atât ca o constrângere tehnologică, dar și ca un filtru numeric pentru a asigura o dimensiune adecvată a elementelor pentru a surprinde cât mai precis cele mai mici detalii geometrice ale designului optimizat.

Soluționarea problemei de optimizare

Clic dreapta pe obiectul “Solution” sub “Topology Optimization” și selectăm "Solve".

Avem diferite posibilități de a monitoriza progresul soluției cum ar fi “Solver Output” și “Response Convergence” sub formă de diagrame de monitorizare a obiectivelor și constrângerilor.

Acestea sunt accesibile din “Details view of Solution Information”.

Postprocesarea rezultatelor studiului topologic

Se pot vizualiza și inspecta densitățile topologice nodale (implicit) sau pe elemente. Valorile densității topologie variază de la  0 la 1. Valorile mai mari indică faptul ca materialul trebuie păstrat, valorile mai mici indică zonele cu material care poate fi înlăturat.

Validarea designului

Mai întâi, trebuie ca să ne asigurăm că opțiunea “Export Topology (STL File)” are valoarea “Yes”.

Apoi lansăm sistemul de validare a designului din celula de rezultate a optimizării topologice.

Un duplicat al sistemului inițial este creat și plasat după sistemul “Topology Optimization”.

Se stabilește o legătură de transfer de date între celula de rezultate a sistemului de optimizare topologică și celula “Geometry” a sistemului de validare a designului (sistemul C). Fișierul STL al geometriei optimizate, precum și modelul CAD original, sunt transferate în celula “Geometry” a sistemului de validare.

Fișierul STL importat nu este potrivit pentru efectuarea analizei de validare. Acesta trebuie transformat într-o geometrie solidă în SpaceClaim care pune la dispoziție o gamă largă de instrumente de editare.

În acest sens se utilizează comenzile grupate sub tabul “Facets”. Utilizarea acestor comenzi necesită o licență separată.

După ce geometria a fost transformată din STL în solid, pornim Mechanical cu dublu-clic pe celula “Model” a sistemului de validare.

La pornire, modelul original CAD este înlocuit cu noul model solid optimizat.

Asociativitatea tuturor atributelor de definire a problemei de optimizare, este pierdută.

Proprietățile materialelor, condițiile la limită, încărcările, mărimea elementelor vor trebui să fie reaplicate.

Soluționăm și inspectăm rezultatele pe designul optimizat pentru a stabili dacă obiectivele de proiectare au fost atinse. Pentru aceasta vor fi comparate rezultatele pe modelul original și cel optimizat.