¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

22 марта 2018

јддитивные технологии в NX CAM.
„асть 2: “опологическа€ оптимизаци€

јлексей √ранкин, эксперт по решени€м Siemens PLM Software группы компаний Softline

јлексей √ранкин

“опологическа€ оптимизаци€ Ц один из самых важных инструментов, который позвол€ет внедр€ть аддитивное производство. ≈сли просто напечатать на 3D-принтере деталь, котора€ уже производитс€ традиционными методами, то мы получим ту же деталь, только в несколько раз дороже. ќднако если требуетс€ изготовить деталь, котора€ по своим функциональным возможност€м будет соответствовать изготовленной традиционными методами, но при этом в 5 раз легче, то это тот случай, когда не обойтись без топологической оптимизации.

ќбзор функциональных возможностей

”правление телами

Ёлементы оптимизации

”правление ограничени€ми

”правление нагрузками

ћатериалы

Ќастройка и выполнение оптимизации

јнализ результатов

»спользование результатов оптимизации топологии

ќбзор функциональных возможностей

–абочий процесс топологической оптимизации в NX CAM отличаетс€ от традиционных решений оптимизации топологии и имеет следующие особенности:

  1. –абота выполн€етс€ в рабочей детали NX CAD в контексте сборки.

  2. ѕоддерживаютс€ одно или несколько пространств проектировани€. ” каждого из них есть свои:

    • метод построени€,
    • материал,
    • конструктивные ограничени€,
    • конечно-элементные нагрузки и ограничени€,
    • значение ограничени€ оптимизации (например целева€ масса).

  3.  онструкци€ модели учитывает функциональные требовани€ к изделию, например:

    • сохранить/вычесть заданный объем;
    • цилиндрические отверсти€ должны иметь припуск материала вокруг отверсти€;

    • отверсти€ должны быть обработаны цековкой дл€ создани€ опорных плоскостей под различные крепежные элементы Ц шайбы, головки болта или винта и т. д.;

    • обеспечить зазор 5 мм от заданного тела.

  4. ¬ы можете управл€ть уровнем разрешени€.

  5. ≈сть возможность создавать сглаженные, органические формы с острыми кромками, где это необходимо.

    NX CAM image

“опологическа€ оптимизаци€ в контексте сборки

ќптимизаци€ работает в рабочей детали NX CAD в контексте сборки. ѕозвол€ет пользовател€м ссылатьс€ на геометрию в контексте сборки дл€:

  • построени€ пространства проектировани€;
  • расположени€ соединительных отверстий, бобышек, выступов и т. д.;
  • определени€ геометрии, котора€ должна быть сохранена/удалена в геометрии контекста;
  • определени€ векторов нагрузки относительно геометрии контекста.

 омпоненты сборки должны иметь WAVE-св€зь с рабочей деталью.

NX CAM image

ќдно или несколько пространств проектировани€

¬ы можете использовать одно пространство проектировани€ или выполн€ть оптимизацию топологии в контексте сборки.

ѕространство проектировани€ Ц это тело, которое ограничивает пространство, предназначенное дл€ работы оптимизатора.

—в€занное тело Ц это любое тело, которое переносит нагрузки между пространствами проектировани€. Ёто тело не оптимизируетс€.

ќдновременно выполн€етс€ оптимизаци€ нескольких пространств проектировани€.

NX CAM image

ѕример блок-схемы алгоритма назначени€ пространства проектировани€ и св€занных тел показан на рисунке ниже:

NX CAM image

ѕространство проектировани€

ѕространство проектировани€ Ц это оболочка, которую использует решатель оптимизации топологии. ѕоэтому, чтобы элементы оптимизации использовались в решении, они должны полностью или частично лежать в пространстве проектировани€.

ѕространство проектировани€ может быть:

  • твердым телом (без ограничени€ методов построени€)
  • или замкнутым фасетным телом
NX CAM image

”правление телами

“ела должны использоватьс€ как пространство проектировани€ или как св€занные тела. “ела должны существовать в рабочей детали.

≈сли тело €вл€етс€ пространством проектировани€, дл€ него нужно определить

  • конструктивные ограничени€,
  • элементы оптимизации,
  • нагрузки.

ƒл€ св€занных тел задаютс€

  • элементы оптимизации и
  • нагрузки.
NX CAM image

—в€занные тела

—в€занные тела Ц это тела, которые не вход€т в пространство проектировани€.

NX CAM image

—оединени€

¬ыбор двух тел позвол€ет пользователю создавать соединение между ними. “ипы соединений бывают следующими:

  • склееные,
  • подобные типу склееного соединени€ в NX Nastran,
  • жесткие.

”правление перекрывающимис€ телами допускает следующие действи€:

  • никаких изменений,
  • тело A вычитаетс€ из тела B:
    EXTRUDE(12) from EXTRUDE(6),
  • тело B вычитаетс€ из тела A:
    EXTRUDE(6) from EXTRUDE(12).
NX CAM image

ќбласти соединени€

„тобы поддерживать св€зь между двум€ телами, необходимо добавить области соединени€.

NX CAM image

Ёлементы оптимизации

ѕространства проектировани€ и тела соединени€ можно использовать в функци€х оптимизации. ‘ункциональные требовани€ описываютс€ с помощью функций оптимизации.

Ќекоторые функции моделировани€ NX сопоставл€ютс€ с функци€ми объектов, подлежащих оптимизации.   ним относ€тс€ следующие типы:

  • элементы цилиндр, блок и сфера;
  • копированные грани;
  • простое отверстие;
  • отверстие с цековкой.

¬ список элементов оптимизации также можно добавить другие твердые тела (без ограничений по методу создани€).

NX CAM image

Ёлементы оптимизации могут описывать функциональные требовани€. Ќапример:

  • соединение болтом M8 требует зазор дл€ торцевого ключа;
  • элемент Ђотверстие с цековкойї имеет отверстие диаметром 8 мм и цековку диаметром 30 мм. √лубина цековки достаточно больша€, чтобы обеспечить доступ гаечному ключу;
  • требуетс€ конический профиль;
  • сохран€емый (Keep-In) цилиндр с уклоном, или элемент конус, или заметаема€ окружность с уклоном, и т. д.;
  • минимальный зазор 10 мм дл€ обеспечени€ установки другого компонента сборки;
  • св€занное тело компонента с зазором 10 мм дл€ безопасности;
  • нагрузка в виде силы прилагаетс€ к части поверхности;
  • грань раздел€етс€ дл€ определени€ пределов примен€емой нагрузки и функции копировани€ грани, используетс€ дл€ определени€ элемента оптимизации.

 омбинаци€ пространств проектировани€ и элементов оптимизации определ€ет пространство, с которым должна работать оптимизаци€ топологии.

ѕор€док списка элементов оптимизации может быть важен.

≈сли элементы оптимизации не пересекаютс€, пользователь имеет право упор€дочить их в произвольном пор€дке.

NX CAM image

Ёлементы оптимизации Ц свойства

 аждый элемент оптимизации имеет свойства, которые определ€ют его использование в оптимизации топологии. Ќекоторые функции имеют фиксированные свойства.

Ёлемент может быть определен как:

  • Keep-In Ц после оптимизации топологии в этой области должен быть материал;

  • Keep-Out Ц после оптимизации топологии в этой области не должно быть материала;
  • Shell Ц эта опци€ создает вокруг выбранного элемента оболочку с посто€нной толщиной стенки.

ќтверсти€ с цековкой всегда определ€ютс€ как Keep-Out.

NX CAM image

”правление ограничени€ми

ќграничени€ проектировани€

ќграничени€ проектировани€ задают правила управлени€ геометрической формой в процессе оптимизации.

ƒоступные ограничени€ проектировани€:

  • плоска€ симметри€,
  • поворотна€ симметри€,
  • выт€гивание вдоль вектора,
  • уклон,
  • заполнение пустоты,
  • распространение материала,
  • предотвращение свеса,
  • самоподдержка.
NX CAM image

Ќесколько ограничений проектировани€

ѕрименение нескольких ограничений проектировани€ может дать интересные и впечатл€ющие результаты. ѕор€док, в котором они примен€ютс€, также может сильно изменить результат.

¬ показанном примере в пространстве проектировани€ будет применена плоскостна€ симметри€, а затем выт€гивание вдоль вектора. Ёто означает, что выт€гивание вдоль вектора имеет приоритет над плоскостной симметрией в случае, когда оба они не могут быть выполнены.

¬ыбира€ ограничение проектировани€ в окне списка, вы можете перемещать ограничение вверх и вниз, измен€€ при этом пор€док ограничений проектировани€ и результирующую геометрию.

NX CAM image

ќграничени€ проектировани€ Ц в пространстве проектировани€

 аждое пространство проектировани€ может иметь собственный набор ограничений проектировани€.

NX CAM image

ќграничение перемещени€

ќграничение смещени€ может быть добавлено к элементу оптимизации в пространстве проектировани€ или св€занному телу. ¬ы можете задать:

  • значение смещени€ в любом направлении,
  • значение смещени€ в определенном направлении.
ћожет использоватьс€ дл€ ограничени€ деформации модели.
NX CAM image

”правление нагрузками

—лучаи нагрузки

— помощью случаев нагрузки можно примен€ть различные комбинации нагрузок. Ќапример, передние нагрузки, боковые нагрузки, верхние нагрузки и т. д. –ешение учитывает все случаи нагрузки.

image 38

 онечно-элементные нагрузки

Ќагрузки примен€ютс€ к элементам оптимизации дл€ каждого пространства проектировани€ и св€занных тел.

ƒоступные типы нагрузок:

  • сила: действует в одном направлении;
  • давление: нормальное, обычно примен€етс€ к элементам Ђ опи€ граниї;
  • момент: примен€етс€ к элементам вращени€;
  • реакци€ опоры: примен€етс€ к элементам вращени€;
  • принудительное перемещение: вдоль вектора.

Ђ√равитационное ограничениеї примен€етс€ к элементам оптимизации в пространстве проектировани€ и св€занным телам.

ƒоступные ограничени€:

  • фиксированное: во всех направлени€х;
  • закрепленное: разрешено вращать вокруг вектора;
  • линейный слайдер: разрешено скользить в направлении вектора;
  • плоский слайдер: разрешено скользить в любом направлении по плоскости.
NX CAM image

√лобальные нагрузки

√лобальные нагрузки примен€ютс€ ко всей модели. ƒоступны следующие глобальные нагрузки:

  • ускорение
    наиболее часто используетс€ дл€ добавлени€ нагрузки гравитации дл€ геометрии, котора€ как значительна€ масса может вли€ть на результаты.
  • температура
    используетс€, когда деталь будет работать в услови€х, в которых температура выше, чем нормальна€ 20°C, и материал имеет измен€ющиес€ от температуры свойства.
NX CAM image

ћатериалы

¬се объекты проектировани€ и св€занные тела должны иметь материал, который задаетс€ перед оптимизацией. ѕоддерживаетс€ любое сочетание изотропных и ортотропных материалов.

  • »зотропные материалы
    • свойства материала одинаковы во всех направлени€х. Ќаиболее часто используемые и доступные свойства.
  • ќртотропные материалы
    • свойства материала измен€ютс€ по ос€м X, Y, Z;
    • могут использоватьс€ дл€ имитации деталей, у которых свойства в направлении построени€ отличаютс€ от свойств в плоскости;
    • ортотропна€ ось совпадает с глобальной осью.
NX CAM image

Ќастройка и выполнение оптимизации

“ипы оптимизации

ќдна комбинаци€ объектов оптимизации и ограничений.

  • ћинимизирует энергию деформации под действием массы.

  • ”величивает жесткость деталей, уменьша€ массу до целевого значени€.

  •  аждое пространство проектировани€ имеет свою целевую массу.

NX CAM image

–азрешение и оценка параметров оптимизации

–азрешение

¬ окне параметров оптимизации имеетс€ ползунок, позвол€ющий пользователю выбирать разрешение между ЂЅыстрое и грубоеї (Fast & Coarse) или Ђћедленное и точноеї (Slow & Fine). «начение, выбранное пользователем, важно дл€ результатов, поскольку оно задает, насколько точной будет выходна€ модель. ¬о врем€ грубого прохода, перемеща€ ползунок в направлении быстрого/грубого решени€, можно увидеть, как работает ќптимизаци€ топологии. Ёто позвол€ет пользователю увеличивать точность модели по мере необходимости.

 ак только пользователь получит необходимый результат, перемещение ползунка вправо приведет к созданию более точной модели.

ќценка параметров оптимизации

¬ соответствии с выбранным разрешением эта опци€ вычисл€ет дл€ каждого пространства проектировани€:

  • приблизительную массу области проектировани€,
  • минимальную целевую массу.
NX CAM image

«апуск оптимизации топологии

¬о врем€ оптимизации топологии выполн€етс€ первый черновой проход дл€ решени€ задачи подбора размеров элементов, а затем второй проход. Ёто гарантирует хороший результат.

ќптимизаци€ топологии отображаетс€ на диаграмме.

ѕосле запуска оптимизации поле —осто€ние (Status) изменитс€ на ѕостроение сетки (Meshing). Ёто означает, что оптимизаци€ завершена, и создаютс€ модели результатов (сетки).

ќкно журнала сообщает о результатах оптимизации дл€ каждого пространства проектировани€ и св€занных тел.

NX CAM image

√еометри€ после топологической оптимизации

ƒл€ каждого тела пространства проектировани€ и тела св€зи представлены три фасетные модели. ѕользователь может использовать стандартные функции отображени€ NX дл€ управлени€ тем, что необходимо отобразить на экране.

NX CAM image

јнализ результатов

–езультаты деформации

–езультаты деформации (значени€) доступны дл€ каждого тела пространства проектировани€ и св€занного тела.

ѕоказанные результаты представл€ют собой максимальные значени€ деформации во всех случа€х нагрузки. –езультаты €вл€ютс€ количественными и могут быть с уверенностью использованы дл€ анализа проектных решений.

NX CAM image

–езультаты анализа напр€жений

–езультаты анализа напр€жений Von Mises доступны дл€ каждого тела пространства проектировани€ и св€занного тела.

ѕоказанные результаты представл€ют собой максимальные значени€ дл€ всех случаев нагрузки. –езультаты €вл€ютс€ количественными и могут быть с уверенностью использованы дл€ анализа проектных решений.

NX CAM image

»спользование результатов оптимизации топологии

ќптимизаци€ топологии Ц это не конечна€ операци€ проектировани€, дл€ многих деталей это только начало. —уществует множество возможностей дл€ использовани€ результатов оптимизации топологии:

  • выполнить пр€мую печать детали на 3D-принтере;
  • использовать модель дл€ отливки, создани€ пресс-формы или многоосевой обработки;
  • использовать дл€ дальнейшего проектировани€ или моделировани€ с использованием конвергентных моделей.

 онвергентна€ модель представл€ет собой новый формат данных Parasolid, представленный в Siemens NX CAM, Ц единый формат данных дл€ обоих типов: NURBS и Facet. —уществующие функциональные возможности моделировани€ можно использовать без ограничений.

NX CAM image



„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: “€желые —јѕ–ы идут на рекорд
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

ѕочему нельз€ вз€ть и не пойти на Autodesk University Russia 2018 — ≈катерина ќхматовска€, руководитель отдела маркетинга Autodesk в –оссии и —Ќ√ (5 сент€бр€ 2018)
isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2018 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.