Optimizarea topologică – noutăți în Ansys 2021-R2

Prima noutate în Ansys Workbench versiunea 2021-R2 este schimbarea denumirii din Topology Optimization (optimizare topologica) în Structural Optimization (optimizare structurală), deci nu va mai fi gasită în arborele tipurilor de analiză și nici în schematica proiectului sub denumirea de Topology Optimization, ci sub cea de “Structural Optimization”.

Acest instrument incorporează acum mai multe tehnologii:

• Optimizare topologică – Topology Optimization

• Optimizare Lattice – Lattice Optimization

• Optimizarea formei – Shape Optimization.

Interfața principală Workbench – schema de proiect pentru optimizare structurală

În Ansys Workbench 2021-R2, analiza de optimizare structurală poate fi legată de (precedata de) următoarele tipuri de analize:

• Static structural

• Modal

• Steady-State Thermal

• orice combinație a celor trei.

În figurile următoare se pot observa diferite scheme de proiect, având optimizarea structurală precedată de una sau mai multe analize.

Metode de optimizare structurală în ANSYS Workbench 2021-R2

Metodele de optimizare topologica – Topology Optimization

Metodele de optimizare topologica (Density si Level Set) fac ca forma finală să fie aproximata folosind un câmp auxiliar (câmp de densitate sau funcția level-set), pe care aplicația le utilizează pentru a păstra discretizarea (mesh-ul) în timpul procesului de optimizare și optimizează forma piesei prin distribuirea materialului în limitele unui anumit domeniu de proiectare. Optimizarea topologica este foarte convenabilă când se așteaptă schimbări majore – formarea de goluri sau găuri, unirea membrelor, etc.

Metoda Density atribuie fiecărui element o pseudo-densitate între 0 și 1, unde densitatea 0 a unui element face ca acel element să devină inactiv, iar densitatea 1 înseamnă element activ. Practic, metoda Density elimină elementele considerate în plus. Dezavantajul major al acestei metode este definirea slabă a suprafeței piesei, forțând la interpretări a unei geometrii slab definite.

Metoda Level Set modifică direct suprafața piesei, în loc să se “joace” cu densitatea elementelor. Acest lucru duce la obținerea unui contur mai lin și a unei suprafețe exterioare mai bine definite.

Metoda Lattice – Lattice Optimization

Această metodă permite crearea de piese mai ușoare utilizând structuri de zăbrele cu densitate gradată optimizată.

Optimizare Lattice

Metoda de optimizare a formei – Shape Optimization

Metoda de optimizare a formei se referă la o metodă de adaptare la corp, prin faptul că forma este definită explicit de rețeaua de elemente de discretizare (mesh). Folosind această metodă aplicația optimizează designul prin mutarea nodurilor din rețeaua de mesh. Optimizarea formei este un fel de “morfing” fără nevoia de a defini vreun parametru. Optimizarea formei este convenabilă când modificările așteptate sunt moderate, păstrând topologia piesei.

În ceea ce privește optimizarea formei (shape optimization), versiunea 2021-R2 a adus mai multe îmbunătățiri:

• O rată a convergenței mai bună

• O mai bună administrare a geometriilor cu grosime redusă: țevi, panouri, table …

• O distribuție mai bună a nodurilor.

Piesa de tablă optimizată pentru creșterea rigidității

Piesa optimizată pentru reducerea volumului

Folosind metoda Shape Optimization din Ansys Workbench 2021-R1 utilizatorul administrează mai ușor și cu mai mare acuratețe tensiunea obținută, de asemenea și deformarea plastică acumulată. Acest lucru se poate observa în figurile următoare comparând, în legenda de culori, rezultatele pe modelul optimizat cu cele ale modelului inițial.

Acuratețe mare în administrarea tensiunii în optimizarea de formă

Acuratețe mare în administrarea deformației plastice acumulate, în optimizarea de formă

Ca noutate, în cadrul Optimizarii Structurale din Ansys Workbench versiunea 2021-R2, trebuie amintită și condiționarea termică (Thermal Compliance Constraint) disponibilă acum pentru optimizarea Level Set Based ca și pentru optimizarea de formă.

Condiționarea termică accesibilă în cadrul unei optimizări structurale

Ultima noutate notabilă din Ansys Workbench, în ce privește optimizarea structurală, este capabilitatea de a aplica încărcări pe articulații, suportată acum de versiunea 2021-R2.

Capabilitatea de aplicare de încărcări pe articulații în cadrul unei optimizări structurale

Ansys aduce permanent și cu consecvență îmbunătățiri și capabilități noi necesare inginerilor în simulările la care lucrează. Ne așteptăm ca și în continuare să avem vești bune de la ei.