APM FEM. Топологическая оптимизация

Топологическая оптимизация позволяет создать модель с заданными эксплуатационными характеристиками, уменьшая материалоемкость детали или целой конструкции.

В качестве критерия оптимальности могут выступать следующие параметры модели:

• жесткость,
• прочность,
• масса.

Важный этап оптимизации — выбор области проектирования, в которой может располагаться материал. Для получения лучшего результата нужно давать заведомо больший объем, учитывая конструктивные и технологические ограничения.

Последовательность действий соответствует обычному статическому расчету в APM FEM. Задаются нагрузки, закрепления, генерируется конечно-элементная сетка. Отличие — в задании параметров задачи оптимизации.

Последовательность формирования задачи оптимизации:

1. Создание откликов — это выбираемые контрольные величины рассчитываемой конструкции. В качестве откликов доступны:
   • объем детали,
   • общая энергия деформации,
   • масса,
   • перемещение узла или его проекция,
   • смещение двух узлов,
   • напряжение группы элементов.
2. Выбор целевой функции для одного из откликов, его минимизация или максимизация.
3. Задание ограничений в виде нижней или верхней границы отклика.
4. Задание технологических ограничений:
   • максимальная и минимальная толщина материала,
   • симметрия детали,
   • штамповка,
   • экструзия,
   • 3D-печать.
5. Постановка задачи оптимизации. Выбор одной из целевых функций и ограничений для нее.

Итог оптимизации — распределение объемных долей на карте результатов. По распределению можно сформировать изоповерхность, соответствующую определенному значению объемной доли. Далее эту поверхность можно сгладить и преобразовать в твердое тело с помощью инструментов Свободной формы.

Свободная форма — поверхность многогранника, скругленного по вершинам и ребрам. Свободная форма создается по полигональной сетке, которая может видоизменяться, например, в результате «перетаскивания» вершин, граней или ребер и других действий.

Для полученного твердого тела необходимо еще раз произвести расчет на прочность, чтобы убедиться в работоспособности объекта и соответствии заданным критериям.

Требует для работы: КОМПАС-3D, APM FEM