Hình 1.2: Tối ưu hóa kích thước cho các cấu trúc trong máy bay Ví dụ, nếu một dầm sẽ được sử dụng, chiều dài và vị trí của nó có thể được biết, nhưng không phải là kích thước mặt cắt ng
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khái niệm tối ưu hóa cấu trúc
Tối ưu hóa cấu trúc bao gồm quá trình xác định phân phối vật liệu tốt nhất trong miền khối lượng vật lý, để truyền hoặc hỗ trợ (các) điều kiện tải được áp dụng một cách an toàn Để đạt được điều này, các ràng buộc áp đặt bởi sản xuất và cách sử dụng cuối cùng phải được xem xét Một số trong số này có thể bao gồm tăng độ cứng, giảm ứng suất, giảm chuyển vị, thay đổi tần số tự nhiên của nó, sản xuất bằng các phương pháp thông thường hoặc tiên tiến.
Phân loại tối ưu
Phân loại theo cách tối ưu hóa:
Tối ưu hóa kích thước (Sizing Optimization)
Tối ưu hóa hình dạng (Shape Optimization)
Tối ưu hóa cấu trúc liên kết (Topology Optimization)
Hình 1.1: Phân loại cho các loại tối ưu hóa
SiO là một phương pháp cổ điển và dễ dàng thực hiện bằng cách chọn kích thước mặt cắt của các giàn, dầm và khung hoặc độ dày của màng, tấm và vỏ làm biến thiết kế, như trong Hình 1.2 SiO có thể được coi là một phương pháp thiết kế chi tiết của mô hình kết cấu liên quan đến một số lượng lớn các thiết kế Nó đã được phát triển hoàn thiện và đang trở thành phương pháp phổ biến trong cộng đồng kỹ thuật Trong SiO, kỹ sư hoặc nhà thiết kế biết cấu trúc đó sẽ trông như thế nào, nhưng không biết kích thước của các thành phần tạo nên cấu trúc đó
Hình 1.2: Tối ưu hóa kích thước cho các cấu trúc trong máy bay
Ví dụ, nếu một dầm sẽ được sử dụng, chiều dài và vị trí của nó có thể được biết, nhưng không phải là kích thước mặt cắt ngang của nó (Hình 1.3) Một ví dụ khác là cấu trúc giàn, trong đó kích thước tổng thể của nó có thể được biết nhưng không phải là các khu vực cắt ngang của mỗi phần tử giàn (thanh) Một ví dụ khác là sự phân bố dày của cấu trúc vỏ Về cơ bản, bất kỳ tính năng nào của một cấu trúc đòi hỏi kích thước của nó
Hình 1.3: Ví dụ về Sizing Optimization: (A) cấu trúc dầm không có kích thước, (B) cấu trúc giàn chưa xác định kích thước mặt cắt ngang 2.2 Shape Optimization (ShO)
ShO nhằm mục đích thiết kế các ranh giới hoặc lỗ hổng cấu trúc trong một cấu trúc, như trong Hình 1.4 Phương pháp này có thể được sử dụng trong thực tế để cải thiện các vị trí như phân phối ứng suất Thường tồn tại một số lượng nhỏ các biến thiết kế hình học do tham số hóa liên kết Vì sự thay đổi liên kết trực tiếp thay đổi mô hình hình học, phân tích độ nhạy hình dạng liên quan đến các biến thiết kế hình học luôn là một vấn đề cần được xem xét cẩn thận Rõ ràng, cả hai Shape Optimization và Sizing Optimization đều là các quy trình thiết kế chi tiết mà không thay đổi cấu trúc liên kết cụ thể của cấu trúc
Hình 1.4: Tối ưu hóa hình dạng các cutouts trong cấu trúc vách mỏng
Trong Shape Optimization, ẩn số là dạng hoặc đường viền của một phần ranh giới của miền cấu trúc Hình dạng hoặc đường biên có thể được biểu diễn bằng một phương trình chưa biết hoặc bởi một tập hợp các điểm có vị trí không xác định (Hình 1.5)
Hình 1.5: Miền thiết kế với đường biên được biểu diễn dưới dạng phương trình f (x, y) 2.3 Topology Optimization (TO)
TO nhằm mục đích tìm ra một mô hình rắn tối ưu bố trí vật liệu trên một miền thiết kế cụ thể với các điều kiện biên đã cho, như trong hình 1.6 Phương pháp này thường được sử dụng ở giai đoạn thiết kế sơ khai để tối ưu hóa độ cứng và tần số tự nhiên của cấu trúc TO ban đầu là một giá trị riêng biệt 0-1 Thách thức chuyên môn là giải pháp của một chương trình số nguyên quy mô lớn Ứng dụng thành công nhị phân Lagrangian cho bài toán số nguyên quy mô lớn đã được tìm thấy trong tác phẩm của Beckers [BEC 97, BEC 99], người đã đề xuất một phương pháp kép để đối phó với các biến thiết kế rời rạc
Hình 1.6: TO điển hình của dầm MBB (Ben 03)
Các phương pháp tối ưu hóa của Topology Optimization (TO)
Trong tối ưu hóa hình dạng kích thước, hình dạng và kích thước của các thành phần của chi tiết có thể bị điều chỉnh Nhưng nếu nhà thiết kế hay người kỹ sư không biết về hình dáng và thiết kế của chi tiết sẽ như thế nào thì TO cần được sử dụng Có hai đặc tính riêng biệt chính của topology optimization là:
Tính chất đàn hồi của vật liệu, như là một hàm của mật độ của nó, có thể thay đổi trên toàn bộ miền thiết kế
Vật liệu có thể được xóa vĩnh viễn khỏi miền thiết kế
Có một số phương pháp tối ưu hóa cấu trúc liên kết có thể được nhóm thành hai loại:
Phương pháp tiêu chí tối ưu (Optimality Criteria methods)
Phương pháp trực quan (Heuristic or Intuitive methods)
Hình 1.7: Tối ưu hóa cấu trúc giàn theo phương pháp TO
Optimality Criteria methods là phương pháp tối ưu hóa gián tiếp
Do đó, cách này thỏa mãn một bộ tiêu chí liên quan đến hành vi của cấu trúc phương pháp này thích hợp cho các vấn đề với số lượng lớn các biến thiết kế và một vài ràng buộc Các Optimality Criteria methods là:
Đồng nhất hóa của tối ưu hóa cấu trúc (Homogenization Method for Topology Optimization)
Vật liệu rắn đẳng hướng có hình phạt (SIMP)
3.1.1 Phương pháp đồng nhất hóa của tối ưu hóa cấu trúc
Phương pháp đồng nhất hóa (Homogenization method) của tối ưu hóa cấu trúc liên kết bao gồm giải quyết một lớp vấn đề tối ưu hóa hình dạng trong đó cấu trúc liên kết được tạo từ vô số các lỗ rỗng vi mô tạo ra cấu trúc xốp Vấn đề tối ưu hóa sau đó bao gồm việc tìm các giá trị tối ưu cho các tham số hình học của microvoids, trở thành các biến thiết kế Nếu phần chia tỷ lệ của cấu trúc chỉ bao gồm các khoảng trống, vật liệu không được đặt trong khu vực đó Ngoài ra, điều này có thể được coi là một lỗ hổng nổi lên trong khu vực đó Đây là lý do tại sao điều này được phân loại là một phương pháp tối ưu hóa cấu trúc liên kết Nếu một phần của cấu trúc không có độ xốp, thì điều này tương ứng với vật liệu rắn Hai câu hỏi sau đây cần được trả lời: (1) Những microvoids này trông như thế nào? và (2) Làm thế nào để sắp xếp miền thiết kế?
Các cấu trúc này phải được đánh giá để xác định tính hiệu quả của chúng và cách thức để đạt được điều này là sử dụng phần tử hữu hạn Nếu một miền phần tử hữu hạn lưới cố định thông thường được sử dụng với các ô vuông trong 2D, thì mỗi ô vuông này có thể có một loại cấu trúc vi mô cho vật liệu đẳng hướng Ô đơn vị cho cấu trúc vật liệu đẳng hướng được biểu diễn bằng khoảng trống hình chữ nhật có chiều rộng (a), chiều cao (b) và góc θ hình 1.8
Hình 1.8: Ô đơn vị với miền vật liệu và khoảng trống kích thước với góc đẳng hướng Để hiểu được cách thức tối ưu hóa, chúng ta sẽ dùng chất rắn có lỗ hỗng trong dưới tỷ lệ marco (X) với điều kiện biên và ngoại lực được sử dụng trong hình 1.9 Giải pháp tối ưu hóa là giải pháp sử dụng phân phối không gian phần tử vật liệu không đồng nhất đặc trưng bởi khác nhau cấu trúc vi mô tại các vị trí khác nhau của miền thiết kế Do đó, vật liệu sẽ được phân phối tối ưu để phù hợp với các khu vực chịu tải Để làm điều này, quy trình thiết kế được phân chia thành hai bước: tối ưu hóa bố cục vĩ mô (macroscale layout optimization) và tối ưu hóa cấu trúc vi mô (refined microstructure optimization)
Hình 1.9: Minh họa của một miền với các cấu trúc vật liệu khác nhau Đầu tiên, cấu trúc vĩ mô được coi là một thể đồng nhất và rời rạc thành một mô hình phần tử hữu hạn Hành vi tổng thể có thể được xác định bằng cách giải phương trình cân bằng FE tương ứng với hệ thống Đối với mỗi phần tử, giả sử rằng ma trận độ cứng của phần tử phụ thuộc vào biến mật độ phần tử giả tuyến tính Điều này tương ứng với mô hình SIMP với số mũ cho mịn biến thể của các biến mật độ giả tối ưu hóa trên thiết kế miền Giả sử năng lượng biến dạng cấu trúc được giảm thiểu chịu sự ràng buộc về khối lượng Công thức tương ứng với chính xác một vấn đề tối ưu hóa kích thước truyền thống a Tỷ lệ vĩ mô cho toàn cấu trúc
là biến mật độ giả của phần tử i đại diện cho vật rắn hoặc khoảng trống khi nó nhận giá trị tương ứng là 1
là số biến mật độ giả Thực tế, để tránh các điểm kỳ dị của các thuộc tính phần tử được tính toán, ví dụ ma trận độ cứng của phần tử, một giá trị khác không nhỏ thường được gán là giới hạn dưới của
Với và lần lượt là tổng thể tích của vật liệu và giới hạn thể tích của chi tiết
là mô đun đàn hồi của phần tử thứ i
là đàn hồi mô đun của vật liệu rắn
Khi vấn đề tối ưu hóa vĩ mô đã đề cập ở trên được giải quyết, một phân phối toàn cầu về mật độ giả được lấy trên cấu trúc vĩ mô Nếu các giá trị của mật độ giả đạt gần 0 hoặc 1, điều đó có nghĩa là phần tử tương ứng là một khoảng trống hoặc khối rắn Mặt khác, phần tử có cấu trúc phần tử vi mô với mật độ giả trung gian và cần được tiếp tục tinh chỉnh ở bước thiết kế kính hiển vi Trong khi đó, mỗi ô đơn vị được coi là tên miền phụ phải có cấu trúc vi mô phù hợp Ngoài ra, chúng ta cũng có thể xem xét các yếu tố có cùng giá trị giả mật như một nhóm các tên miền phụ để giữ cấu trúc vi mô giống hệt nhau được phân phối định kỳ Ở đây, tất cả các tên miền phụ được coi là các ô đơn vị có kích thước giống hệt nhau, được phân tách thành các phần tử hữu hạn với các biến mật độ giả riêng của chúng Đối với từng ô đơn vị i, phương trình tối ưu hóa cấu trúc vi mô có thể được định nghĩa tương tự như: b Tỷ lệ vĩ mô cho toàn cấu trúc
Trong đó cấu trúc vi mô được tối ưu hóa theo mật độ giả cho từng ô đơn vị ở mức độ vi mô là thể tích của ô đơn vị i với đầy đủ vật liệu Chú ý rằng ứng suất được tính ở tỷ lệ vi mô dựa vào vector chuyển vị ở tỷ lệ vĩ mô
3.1.2 Vật liệu rắn đẳng hướng có hình phạt (SIMP)
Kết quả trực tiếp của phương pháp đồng nhất hóa (Homogenization) là sự phát triển của phương pháp SIMP Điều này đã ứng dụng nhiều nhất trong các phần mềm thương mại của tối ưu hóa cấu trúc liên kết Ý tưởng là chỉ sử dụng một biến thiết kế cho mỗi phần tử hữu hạn Biến thiết kế này là mật độ phần tử nhân tạo với bất kỳ giá trị nào trong phạm vi
Điều này có nghĩa là thể tích của một phần tử được nhân với mật độ nhân tạo này để tạo ra thể tích thực của nó, sao cho thể tích của miền thiết kế thỏa mãn phương trình này:
là tổng số phẩn tử hữu hạn dùng để đại diện cho miền thiết kế
là mật độ nhân tạo thứ với điều kiện
là thể tích của miền thiết kế p =1 khi có vật liệu (màu đen) p = 0 khi không có vật liệu (màu trắng)
Hình 1.10: Tối ưu hóa dầm
Một hình phạt được đặt trên mỗi phần tử khi mà nó nhân với mô đun đàn hồi của phần tử đó Khi hình phạt được tăng lên từ một đến giá trị cao hơn, giải pháp tối ưu tạo ra các giá trị khác biệt (0-1)
là là mô đun đàn hồi vật liệu ban đầu
là mô đun đàn hồi nhân tạo mới của nguyên tố thứ
là hệ số hình phạt chuyển đổi từ vấn đề “xám” thành thiết kế trắng và đen (0-1) Để đạt được điều này, giá trị của
Hình 1.11: Biểu đồ hệ số hình phạt và mô đun đàn hồi
Phương pháp tối ưu hóa SIMP được trình bày trong phương trình dưới đây, với quy trình tối ưu hóa hoạt động riêng biệt Đầu tiên, điều kiện tốt nhất được tính toán khi mà , bởi vì quy trình sẽ bắt đầu chạy và sự tối ưu hóa lặp đi lặp lại với giá trị (0-1) đến khi thiết kế được tạo ra
Yếu tố hình phạt p làm giảm sự đóng góp của các yếu tố có mật độ trung gian (yếu tố màu xám) vào tổng độ cứng Yếu tố hình phạt điều khiển giải pháp tối ưu hóa cho các yếu tố có màu đen đặc ( ) hoặc khoảng trắng ( ) Các thí nghiệm bằng số cho thấy giá trị hệ số phạt của là phù hợp
Việc giảm một mô đun đàn hồi vật liệu của bộ phận điều khiển dẫn đến giảm độ cứng của phần tử Theo phương pháp SIMP, độ cứng toàn cầu được điều chế theo:
là ma trận độ cứng của phần tử
là mật độ tương đối tối thiểu
là mật độ tương đối của phần tử
là hệ số hình phạt
là số phần tử trong miền thiết kế
Chức năng khách quan: Tối đa hóa độ cứng
Ưu nhược điểm của tối ưu hóa
Tăng khả năng chịu tải của chi tiết
Đơn giản hóa hình dáng thiết kế
Tiết kiệm thời gian thiết kế
Dễ dàng thay đổi thiết kế
Tạo ra nhiều hình dáng thiết kế
Tiết kiệm tiền giao công cho doanh nghiệp
Giảm tối đa trọng lượng thiết kế nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
Phải biết sử dụng phần mềm
Hình dáng thiết kế khó sản xuất.
Ứng dụng
5.1 Trong lĩnh vực hàng không
Airbus trong một số nghiên cứu gần đây đã sử dụng các công cụ cấu trúc liên kết, kích thước và hình dạng của Altair, nhằm cố gắng đạt được các thiết kế thành phần nhẹ hơn và hiệu quả hơn Các thành phần được xem xét bao gồm sườn cạnh cánh dẫn đầu, sườn hộp cánh chính,…
Quá trình thiết kế này (hình 1.12) đã được sử dụng để tối ưu hóa các thành phần máy bay khác nhau Các ví dụ bao gồm trong các phần sau cho thấy cách tối ưu hóa cấu trúc liên kết có thể được sử dụng để đề xuất các thiết kế ban đầu tốt cho các bộ phận máy bay, nhưng cũng cho thấy cách tối ưu hóa cấu trúc theo sau tối ưu hóa kích thước và hình dạng chi tiết có thể được sử dụng để cung cấp các thiết kế thành phần máy bay hiệu quả đáp ứng sản xuất, ổn định và hạn chế căng thẳng
Hình 1.12: Quá trình tối ưu hóa cấu trúc, kích thước và hình dạng để thiết kế các thành phần máy bay
Về điều kiện lý tưởng, tất cả các kích thước của mặt cắt cũng như độ dày của lưới cắt cũng phải được thay đổi như các thiết kế của tối ưu hóa, cho phép các chi tiết được tối ưu hóa có độ ổn định trong mặt phẳng và ngoài mặt phẳng của gân Nhưng trong thực tế, các kỹ sư đã xây dựng các mô hình phần tử hữu hạn để tối ưu hóa kích thước và hình dạng chi tiết, thiết kế được tối ưu hóa được thực hiện với những khối lượng tối thiểu với cả yêu cầu sản xuất và ứng suất cho phép Ứng suất cho phép Von Mises được sử dụng với hệ số giảm độ mỏi Về thiết kế, hạn chế về sự cong vênh của chi tiết dưới tải trọng Việc tối ưu hóa để nó chi tiết trở thành một thiết kế khả thi với khối lượng cuối cùng tổng cộng gần với trọng lượng của mục tiêu để đáp ứng với công việc chi tiết cần làm Sau đó, để tối ưu hóa chi tiết đó phải được phân tích một số tiêu chí khác bao gồm: độ bền, độ mỏi,… Hình 1.13 cho thấy một khung sườn nguyên mẫu cho khung sườn mẫu A380
Hình 1.13: Cấu trúc liên kế, kích thước và hình dạng được tối ưu hóa nguyên mẫu A380 được gia công từ hợp kim nhôm cường độ cao
Khung bản lề Airbus A320 đã được tối ưu hóa, kết hợp phương pháp tối ưu hóa cấu trúc liên kế
Tối ưu hóa các bộ phận quy mô nhỏ mang lại cơ hội lớn cho việc tiết kiệm trọng lượng và có thể trở nên khả thi về mặt kinh tế nếu các công cụ được phát triển để giảm thời gian sử dụng trong quy trình thiết kế,
Khung bản lề được cố định vào cửa xà cừ với 6 bu lông và gắn vào một khung tương ứng trên cấu trúc chính Khối lượng của thiết kế ban đầu là 918g
Hình 1.14: Thiết kế ban đầu của bản lề Airbus 320
Ta có thể thấy được R1: là phản lực khi bu lông siết chặt vào bản lề và R2: áp lực của bu lông khi siết vào S là ma sát trượt khi có lực tác dụng Mũi tên màu đỏ là hướng kéo bản lề khi bị lực tác dụng
Sau khi đươc tối ưu hóa, khả năng áp suất lớn nhất của thiết kế giảm từ 836 MPa đến 443 MPa Ngoài ra, trọng lượng của thiết kế cũng giảm 64% so với thiết kế ban đầu
Hình 1.16: Biểu đồ phân tích ứng suất của thiết kế đã tối ưu
Multidisciplinary Design Optimization có thể được định nghĩa là lĩnh vực kỹ thuật sử dụng các phương pháp tối ưu hóa khác nhau để tìm giải pháp cho các vấn đề thiết kế khác nhau bằng cách đơn giản kết hợp nhiều lĩnh vực kỹ thuật Nó cũng được gọi bằng các tên như tối ưu hóa đa ngành và tối ưu hóa thiết kế hệ thống đa ngành
Ngành công nghiệp ô tô là một trong những ngành khốc liệt nhất về cạnh tranh Có sự cạnh tranh gay gắt giữa các công ty đang đưa ra các sản phẩm sáng tạo để đi trước đối thủ Việc sử dụng MDO trong ngành công nghiệp ô tô đã tăng gần gấp 10 lần Mục đích chính của việc sử dụng là tìm ra thiết kế tốt nhất có thể, xem xét các ngành kỹ thuật khác nhau cùng một lúc Giới thiệu như vậy giúp đưa ra các sản phẩm cải tiến nhiều Khi thực hiện các nghiên cứu tối ưu hóa, các giá trị số của cả hai hàm ràng buộc và hàm mục tiêu cần phải được kiểm tra chéo cho các cài đặt liên quan đến thiết lập biến thiết kế Tối ưu hóa về mặt thiết kế dựa trên mô hình có thể dễ dàng được thực hiện với cách tiếp cận hiệu quả hơn nhiều vì nó liên quan đến các vòng đánh giá ít hơn liên quan đến các mô hình mô phỏng chi tiết Các loại cài đặt biến thiết kế khác nhau có thể được đánh giá bằng việc sử dụng các mô hình, vì chúng cũng chính xác hơn và không tốn kém Ngược lại, các mô hình mô phỏng phi tuyến rất tốn kém và dẫn đến phản ứng phức tạp hơn nhiều, gây khó khăn hơn cho các nhà thiết kế Đây chỉ là một trong những khía cạnh mà MDO đang tạo được dấu ấn trong ngành công nghiệp ô tô Theo thời gian, sự tin cậy của ngành ô tô vào các phương pháp MDO sẽ giúp thiết kế xe hiệu quả và tiết kiệm chi phí
Phần đầu của bài viết trình bày cách đường dẫn tải cấu trúc được trích xuất từ một khối lượng thiết kế ban đầu, tức là mô hình CAD, bằng cách sử dụng tối ưu hóa cấu trúc liên kết tĩnh tuyến tính dựa trên FE Khối lượng thiết kế sử dụng được minh họa trong hình 1.17 Kích thước bên ngoài tối đa gần đúng của khối lượng thiết kế là: (x, y, z) 3865 mm x
Hình 1.17: Thể tích thiết kế
Khối lượng thiết kế minh họa ở trên đã được chia lưới sử dụng các phần tử tetra, với kích thước trung bình 25,0 mm Điều này dẫn đến lưới gồm khoảng 103000 nút và 527000 phần tử
Tổng cộng sáu trường hợp tải đã được xác định, chúng được liệt kê bên dưới và đã được chuyển đổi thành tải tĩnh tương đương dựa trên sự cố mô hình xung của xe có khối lượng tương đương (nhỏ hơn 1200 kg):
1 Tác động trước, Offset Deformable Barrier (ODB)
2 Tác động dọc ở bên hông xe
3 Tác động ngang bên hông xe
5 Tốc độ thấp tác động phía sau trung tâm
6 Tác động phía sau tốc độ cao
Những trường hợp trên được xác định ở hình 1.18:
Hình 1.18: Vị trí lực tác dụng lên xe
Mô hình vật liệu được sử dụng để tối ưu hóa cấu trúc liên kết là đàn hồi tuyến tính, sử dụng các đặc tính vật liệu của thép tiêu chuẩn:
• Mật độ khối lượng thể tích:
Hình ảnh minh họa cho tối ưu hóa:
Hình 1.19: Kết quả tối ưu hóa 5.3 Trong công nghệ in 3D
Với in 3D, xây dựng một khối mô hình tối ưu hóa hình dạng của nó bằng cách sử dụng tối ưu hóa cấu trúc liên kết là chuyện rất dễ dàng và sau đó in trực tiếp nó để tạo thành một phần sẵn sàng để sử dụng.
Chi tiết bellcrack này được áp một tải trọng theo phương thẳng đứng vào lỗ ngoài cùng có độ lớn là 2168.5N Ngoài ra, còn các điều kiện biên như là chi tiết có thể xoay nhưng không được tịnh tiến ở lỗ giữa Không chỉ thế, bốn lỗ nhỏ hơn nơi mà gắn ống mô men xoắn bị hạn chế tịnh tiến phương ngang và có thể xoay được
Hình 1.20: Tải trọng và các điều kiện biên trên chi tiết
Vật liệu AlSi10Mg được sử dụng trong quá trình in
Các thông số cơ bản về AlSi10Mg:
Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật về AlSi10Mg
Mô đun đàn hồi Độ bền uốn
Quy trình tối ưu hóa thiết kế
Cải thiện lại thiết kế Không tốt
SHAPE GENERATOR TRONG AUTODESK
Giới thiệu sơ lược
Shape Generator là một cách tiếp cận mới để thiết kế các chi tiết nhẹ, hiệu quả về mặt cấu trúc Shape Generator cung cấp một chiến lược thông minh để tối đa hóa độ cứng của chi tiết dựa trên các ràng buộc chỉ định Công nghệ được tích hợp vào Inventor giúp thuận tiện trong việc kết hợp trong quy trình thiết kế của bạn Shape Generator tạo ra một lưới 3D có thể được sử dụng để hướng dẫn sàng lọc thiết kế của bạn Do vậy, thời gian tốt nhất để sử dụng nó là trong giai đoạn đầu hoặc giai đoạn thiết kế trên lý thuyết
Hình 2.1: Hình ảnh trên minh họa mức độ mà Shape Generator có thể trở thành một phần của quá trình thiết kế
Bước đầu tiên là tạo thể tích xây dựng hoặc xấp xỉ mô hình bộ phận Mô hình phải chứa các điểm tiếp xúc cần thiết, chẳng hạn như hai vị trí ghim và bề mặt tiếp xúc nơi tác dụng lực
Với thể tích xây dựng được xác định, có thể chỉ định giữ (tránh) các vùng (quy trình sẽ không sửa đổi các vùng này khi tạo hình dạng hướng dẫn) và áp dụng các ràng buộc và lực lên chi tiết có thể gặp phải khi sử dụng
Với các tiêu chí thiết kế được chỉ định, chạy Shape Generator Study và nhận lại lưới để đáp ứng các tiêu chuẩn
Lưới phục vụ như một hướng dẫn để thực hiện sửa đổi thể tích xây dựng mô hình Các chỉnh sửa của biến mô hình từ một sự gần đúng thành một thiết kế hoàn chỉnh
Lưu ý: Shape Generator không được hỗ trợ cho các bộ phận hoặc nhiều bộ phận cơ thể (các bộ phận đơn lẻ chứa nhiều bộ phận).
Để bắt đầu Shape Generator Study
Sử dụng một trong hai cách để bắt đầu Shape Generator Study:
Có thể truy cập Shape Generator trực tiếp như một phần của quy trình mô hình hóa thông minh hoặc là một phần của quy trình Stress Analysis
Trực tiếp bắt đầu một Shape Generator Study:
Mở tệp cần thực hiện
Trên tab 3D Model Explore panel nhấn Shape Generator Để bắt đầu Shape Generator Study từ trong môi trường Stress Analysis:
Mở tệp cần thực hiện
Trên tab 3D Model Simulation panel, nhấn Stress Analysis, môi trường Stress Analysis cũng có thể được truy cập từ tab Environments
Trên tab Analysis Manage panel, nhấn Create Study
Trong hộp thoại Create New Study, chọn Shape Generator và nhấn
Hình 2.2: Hộp thoại Edit Study Properties
Vật liệu (Material)
Với Shape Generator, đặc tính vật liệu phải được chỉ định để xác định các đặc điểm cấu trúc của chi tiết
Quan trọng nhất, việc thay đổi các vật liệu sẽ ảnh hưởng đến mật độ sử dụng để tính toán khối lượng Các tính chất cấu trúc được hạch toán bằng Shape Generator, nhưng vì việc giảm tỷ lệ phần trăm khối lượng là mục đích đặc biệt của người dùng, các thuộc tính cấu trúc chỉ có thể có một tác động tối thiểu trên hình dạng được tạo ra
Trên thanh công cụ Analysis Material panel, chọn Assign
Trong hộp thoại Assign Materials, cột Override Material, nhấn mở danh sách và chọn các tài liệu mà muốn sử dụng
Trong cột Safety Factor, chọn Yield Strength hoặc Ultimate Tensile Strength Những hệ số này sẽ được sử dụng trong tính toán hệ số an toàn nếu thực hiện một phân tích ứng suất
Hình 2.3: Cách thêm vật liệu
Ràng buộc (Constrains)
Trong Shape Generator, áp dụng các ràng buộc để loại bỏ tất cả chuyển động tịnh tiến và quay tự do của chi tiết Để bắt ép cấu trục hạn chế ràng buộc hoặc giới hạn chuyển vị của mô hình Thêm các ràng buộc để trực quan các điều kiện môi trường Để làm như vậy, hãy cố định 1 mặt phẳng, ví dụ, hoặc kết hợp các ràng buộc một phần trên các mặt, cạnh hoặc đỉnh
Trên thanh công cụ của Analysis, ta nhấn vào các ràng buộc sau đây:
Fixed Áp dụng cho mặt, bờ, hoặc đỉnh Loại bỏ toàn bộ bậc tự do, và ngăn cản mặt, bờ, hoặc đỉnh dịch chuyển hoặc làm biến dạng
Pin Áp dụng cho mặt hình trụ Ngăn không cho các mặt di chuyển hoặc biến dạng khi theo các hướng tâm, hướng trục hoặc tiếp tuyến
Frictionless Áp dụng cho một bề mặt phẳng hoặc hình trụ Ngăn không cho bề mặt di chuyển hoặc biến dạng theo hướng pháp tuyến đối với bề mặt được chọn Đồng thời, có thể chọn các loại ràng buộc bằng cách nhấn chuột phải vô Constraints trong bảng Browser và chọn các loại ràng buộc
Trong bảng phân tích, có thể chọn vị trí ràng buộc ở phần Location :
Hình 2.4: Đặt các ràng buộc Để truy cập vào các tham số ràng buộc khác, nhấn More Các tham số có sẵn được dựa trên loại ràng buộc
Chọn dữ liệu đầu vào thích hợp cho từng loại ràng buộc Chỉ có thể chọn nhiều hơn một dữ liệu đầu vào chỉ khi các lựa chọn cùng loại, chẳng hạn như mặt, cạnh hoặc đỉnh
Về frictionless constraint: Để áp dụng một ràng buộc cố định với chuyển vị khác không:
Nhấp vào sử dụng Vector Component
Chọn các thành phần vector x, y hoặc z mà có thể xác định phương vector chuyển vị
Nhập độ lớn lượng chuyển vị thích hợp cho từng thành phần vector
Cố định phương hướng tâm, hướng trục hoặc hướng tiếp tuyến các bề mặt hình trụ không thể di chuyển, xoay hoặc biến dạng theo chiều dọc, trục hoặc tiếp tuyến với hình trụ Nhấn OK.
Đặt tải trọng để mô phỏng
Kết cấu của tải trọng là lực áp dụng cho một phần hoặc lắp ráp trong hoạt động Tải trọng như vậy gây ra ứng suất, biến dạng, và chuyển vị trong thành phần
Nếu mô hình bị tác dụng bởi các lực bên ngoài, xác định tải trọng trường hay trọng lượng của vật Có thể xác định một lực của trọng trường và lực của trọng lực của vật để mô phỏng
Tải trọng là một phần của các điều kiện biên mà xác định cho mô phỏng Để mô phỏng các điều kiện rằng một chi tiết thiết kế có thể va chạm, thì cần thêm tải trọng vào khu vực mà chúng có thể va chạm với chi tiết khác
Force (N hoặc lbforce) Áp dụng đối với một mặt, cạnh hoặc đỉnh Những điểm đặt lực phải nằm bên trong của chi tiết Xác định hướng mặt phẳng, các cạnh thẳng, và trục
Theo mặc định, lực được đặt theo:
Vuông góc với mặt được chọn
Song song với các cạnh được chọn
Sử dụng các thành phần vector trong phần mở rộng của hộp thoại
Lưu ý: Nếu áp dụng lực vào các mặt có chứa các liên kết, sử dụng các áp lực (Pressure) thay vì dùng lực (Force)
Chỉ áp dụng cho bề mặt Áp lực cần phải đồng đều và hoạt động bình thường lên bề mặt tại tất cả các vị trí trên bề mặt
Chỉ áp dụng cho bề mặt Áp lực cần phải đồng đều và hoạt động bình thường lên bề mặt tại tất cả các vị trí trên bề mặt
Chỉ áp dụng cho bề mặt Xác định hướng bằng các mặt phẳng, cạnh thẳng, hai đỉnh và trục Áp dụng xung quanh trục và vuông góc với bề mặt
Mặt hoặc cạnh Chỉ định hướng của tải trọng lực trên mô hình Chọn một mặt để xác định hướng hoặc sử dụng thành phần Vector (Vector Component) để điều khiển hướng chính xác Lựa chọn hình trụ cung cấp một hướng trục Áp dụng trọng lực của cường độ quy định bình thường cho mặt được chọn hoặc song song với cạnh đã chọn
Các thành phần vector xác định cường độ và hướng của trọng lực
Sử dụng lực từ xa để:
Áp dụng một lực tại một điểm cụ thể bên ngoài hoặc bên trong mô hình
Được biến đổi như một lực tương đương và moment trên một khuôn mặt nhất định Áp dụng lực có độ lớn quy định vào mặt phẳng được chọn
Xác dịnh gia tốc tuyến tính cho các mô hình bằng cách sử dụng một mặt như đầu vào Lựa chọn hình trụ cung cấp một hướng trục Chỉ có thể áp dụng một body tải mỗi phân tích Áp dụng các gia tốc tuyến tính (linear acceleration) hoặc vận tốc góc (angular velocity) và tốc độ (acceleration) quy định cho các mô hình:
Gia tốc tuyến tính (linear): Mặt hoặc cạnh Tải được đặt vuông góc với mặt với giá trị độ lớn Giá trị dương được áp dụng vào mặt Tải được áp dụng song song với các lựa chọn cạnh
Vận tốc góc (angular): Mặt hoặc cạnh Áp dụng vận tốc góc và gia tốc có độ lớn cụ thể vuông góc với mặt hoặc song song với một cạnh
Vị trí Vertex: Chỉ định một vị trí thay thế cho tải trọng body Vị trí được chia ra giữa vận tốc và gia tốc Đặt tải trọng:
Trong bảng điều khiển Loads, bấm vào loại tải để áp dụng hoặc trên thanh model, bấm chuột phải vào nút Loads và bấm vào loại tải thích hợp
Với từng lệnh được chọn, cần chọn đầu vào trong vùng đồ họa Dựa trên loại tải, thực hiện lựa chọn tương ứng Khi lựa chọn nhiều hơn một đầu vào (input), tất cả các yếu tố đầu vào phải có cùng một thể loại
Lựa chọn hiển thị một glyph chỉ ra hướng mà tải được áp dụng Để thay đổi hướng của tải, sử dụng các thành phần vector trong phần mở rộng (đối với các loại tải áp dụng)
Phần Thêm của hộp thoại cũng cung cấp các cài đặt glyph cho tải đó Điều chỉnh cài đặt glyph, nếu cần
Lưu ý: Để tạo nhiều tải cùng loại, trên hộp thoại bấm Apply Không hỗ trợ cho body loads và Gravity load, vì một mô phỏng chỉ có thể có một trong các loại tải trọng này
Chỉnh sửa, thay đổi tải trọng:
Trên thanh model, nhấp đúp chuột vào biểu tượng cần chỉnh
Nhấp chuột phải vào nút Load và chọn chỉnh sửa loại tải Edit (type) cần chỉnh
Chia mặt cho phần chịu tải:
Trong nhiều ứng dụng, các vị trí khác nhau trên một bề mặt thành phần phải chịu tải trọng khác nhau Một ví dụ là trục quay được hỗ trợ ở cả hai đầu bằng vòng bi Phần giữa của trục chịu tác dụng của moment, trong khi các đầu của trục chịu tải trọng
Khi gán tải trọng cho các bộ phận, chẳng hạn như trục, có thể chia các mặt để tạo vị trí tiếp xúc ổ trục
Hình 2.5: Chia mặt cho phần chịu tải
Một ví dụ khác là ứng dụng tải để mô phỏng hai cá nhân ngồi trên ghế đá công viên Chia bề mặt băng ghế trên cùng để tạo vị trí nơi có thể áp dụng trọng lượng của các cá nhân
Hình 2.6: Chia mặt cho phần chịu tải
Để bảo tồn một vùng từ Shape Generator
Có thể bảo tồn các tính năng giao diện để chúng không bị thay đổi trong quá trình thiết kế hình dạng
Có thể muốn bảo tồn các vùng nhất định trong mô hình của mình khi tạo hình Ví dụ, các lỗ bu lông hoặc các kết nối khác có thể cần tồn tại trong phần được tạo để nó có thể tiếp tục hoạt động như dự định Để đảm bảo các vùng kết nối này không bị xóa trong quá trình phát sinh, nên sử dụng công cụ Preserve Region Công cụ Preserve Region ẩn hình học cơ bản khỏi tối ưu hóa Có hai phương thức để xác định vùng:
Hình 2.7: Các phương thức xác định vùng
Trên tab Analysis Goals and Criteria panel, nhấp chuột vào
Chọn hình học để bảo tồn Công cụ Preserve Region sẽ tự động phát hiện hình học được chọn và đưa ra dự đoán ban đầu cho giới hạn của khu vực được bảo tồn, có thể thay đổi hình dạng của khu vực bằng cách chọn Box hoặc Cylinder từ danh sách của mục Region trong bảng
Với Resize Options cài đặt Size, hãy kéo các mũi tên trên đường biên của vùng được bảo tồn để điều chỉnh kích thước của vùng cần bảo tồn Có thể kiểm soát chiều cao, chiều dài và chiều rộng của hộp (Box) hoặc bán kính và chiều dài của hình trụ (Cylinder)
Với Resize Options cài đặt Move, kéo mũi tên để di chuyển dọc theo trục chính hoặc kéo phần giữa để di chuyển vùng được bảo tồn tự do trong không gian
Nếu cần, hãy mở rộng hộp thoại Preserve Region và sửa đổi điểm giữa và kích thước của vùng theo cách thủ công, cũng có thể điều chỉnh hướng cho khu vực loại hình trụ (Cylinder) Khi hoàn tất, nhấp vào OK
Hình 2.8: Điều chỉnh hướng và thay đổi kích thước của vùng bảo tồn
Symmetry Plane
Sử dụng mặt phẳng đối xứng để buộc hình dạng được tạo đối xứng với mặt phẳng Có thể sử dụng tối đa ba mặt phẳng đối xứng trên mô hình, dùng mỗi một mặt phẳng XY, XZ và YZ cục bộ Mặt phẳng đối xứng có thể tham chiếu UCS hiện có hoặc được căn chỉnh với hệ tọa độ toàn cầu và giao với tâm khối lượng của bộ phận
Tạo mặt phẳng đối xứng
Trên tab Analysis Goals and Criteria panel, nhấp chuột vào Symmetry Plane Theo mặc định, mặt phẳng đối xứng được đặt ở giữa khối lượng của bộ phận và thẳng hàng với hệ tọa độ toàn cầu
Để căn chỉnh mặt phẳng đối xứng với UCS, nhấp vào nút Local UCS và chọn UCS hoạt động làm tham chiếu cho mặt phẳng đối xứng Mặt phẳng đối xứng được tạo trong mặt phẳng XY cục bộ của UCS
Nhấp vào nút Center of mass nếu muốn đặt UCS và mặt phẳng đối xứng ở giữa khối lượng của bộ phận
Nhấp vào nút Center of bounding box nếu muốn đặt UCS và mặt phẳng đối xứng ở giữa phần giới hạn của bộ phận
Chuyển đổi các nút Active Plane để thêm mặt phẳng đối xứng theo một trong các hướng trực giao khác
Hình 2.9: Hộp thoại Symmetry Plane để điều chỉnh các mục cần thiết
Hình 2.10: Kết quả sau khi điều chỉnh
Quản lý các mặt phẳng đối xứng
Sau khi đã tạo mặt phẳng đối xứng, có thể chỉnh sửa, triệt tiêu hoặc xóa mặt phẳng bằng cách nhấp chuột phải vào mặt phẳng đối xứng trong cây trình duyệt.
Để chỉ định cài đặt Shape Generator
The Shape Generator Settings cho phép đặt mục tiêu thiết kế, tiêu chí và độ phân giải lưới Để truy cập, nhấp vào Shape Generator Settings trên tab Analysis Goals and Criteria panel
Objective: Phiên bản hiện tại của Shape Generator sử dụng mục tiêu tối đa hóa độ cứng Để sử dụng mục tiêu này, Shape Generator sẽ đề xuất cách tối đa hóa độ cứng của bộ phận bằng cách sử dụng một lượng vật liệu nhất định
Criteria: Ngoài việc sử dụng mục tiêu tối đa hóa độ cứng, có thể thêm các tiêu chí tùy chọn bên dưới để giúp xác định hình dạng được tạo
Trong phần tiêu chí của hộp thoại Shape Generator Settings, có thể thấy khối lượng ban đầu của bộ phận Sử dụng Mass Target, có thể chỉ định giảm phần trăm khối lượng ban đầu để điều khiển Shape Generator Mục tiêu mới sẽ tự động cập nhật khi điều chỉnh mức giảm phần trăm
Có thể chỉ định trực tiếp Mass Target để điều khiển Shape Generator
Một lưới có độ phân giải cao sẽ cho phép Shape Generator đạt được khối lượng trọng tâm trong vòng 3-5%
Lưu ý: Đơn vị được đặt cho khối lượng Muốn sửa đổi đơn vị vào
Document Settings (Tools Options Document Settings) để chuyển sang một đơn vị khối lượng khác
Nếu tiêu chí Minimum Member Size được bật, Shape Generator sẽ cố gắng tạo hình thành viên có độ dày ít nhất bằng giá trị được chỉ định Nói cách khác, sử dụng tiêu chí Minimum Member Size nếu cần kiểm soát giới hạn dưới đối với kích thước thành viên được tạo Điều này có thể hữu ích nếu có những hạn chế sản xuất cần được xem xét cho phần của bạn
Lưu ý: Autodesk khuyến nghị giá trị được chỉ định không nhỏ hơn
3 lần kích thước mắt lưới trung bình
Sử dụng thanh trượt để điều khiển độ phân giải lưới của phần được tạo Một lưới tinh tế hơn giúp tạo ra một giải pháp mượt mà hơn, chất lượng cao hơn, nhưng sẽ dẫn đến tăng thời gian chạy Nói chung, nên cố gắng có ít nhất 3 yếu tố thông qua độ dày của hình học để tạo ra kết quả chất lượng cao
Hình 2.11: Bảng điều chỉnh Shape Generator Settings
Để quan sát lưới
Có thể dùng để xem trước độ phân giải lưới được chỉ định trong Shape Generator Settings Kích thước mắt lưới sẽ giúp xác định mức độ tinh tế của hình dạng được tạo ra
Trên Analysis tab Mesh panel, nhấn Mesh view Ban đầu lưới được tính dựa trên độ phân giải được chỉ định trong Shape Generator Settings
Sau khi lưới được hiển thị, nhấp vào Mesh view một lần nữa để tắt chế độ xem trước
Nếu muốn điều chỉnh độ phân giải lưới nhấp vào Shape Generator Settings sau khi đã xem trước lưới, bấm chuột phải vào Mesh và chọn Update Mesh để tính toán lại lưới
Dùng Mesh settings để điều khiển thủ công Average Element Size, Minimum Element Size, Grading Factor và Maximum Turn Angle
Trên Analysis tab Mesh panel, nhấn Mesh settings hộp thoại Mesh settings sẽ được mở
Điều chỉnh Common settings khi cần thiết để đạt được lưới thích hợp
Hình 2.13: File lưới của một chi tiết
Chia lưới mặc định a Average Element Size (dưới dạng một phần của chiều dài hộp giới hạn)
Chỉ định phần của trục dài nhất của mô hình giữa các nút liền kề Một giá trị nhỏ hơn tạo ra các phần tử lưới nhỏ hơn b Minimum Element Size (dưới dạng một phần của kích thước trung bình)
Chỉ định tỷ lệ kích thước mắt lưới trung bình để đặt cặp nút phần tử gần nhất c Grading Factor
Chỉ định tỷ lệ tối đa của các cạnh lưới liền kề để chuyển tiếp giữa các vùng thô và mịn Một hệ số phân loại nhỏ hơn tạo ra một lưới đồng đều hơn d Maximum Turn Angle
Chỉ định góc tối đa cho các cung từ 1 đến 90 độ Một góc nhỏ hơn tạo ra các phần tử lưới nhỏ hơn
Hình 2.14: Hộp thoại Mesh settings
Export
Lưu hình tham chiếu để sử dụng trong môi trường mô hình hóa hoặc thêm nó vào phần hiện tại
Khi mô phỏng hoàn tất, sẽ thấy hình dạng tham chiếu mới được tạo Nếu hài lòng với hình dạng kết quả, hãy sử dụng Promote Shape trên tab Analysis Export panel để lưu hình học và trở lại môi trường mô hình
Có hai tùy chọn có sẵn của Promote Shape được tạo:
Hình 2.15: Các tùy chọn có sẵn trong bảng Promote Shape
Current Part File: lưu STL vào tập tin phần hiện tại
STL File: lưu STL dưới sang tệp mới, phải chỉ định thư mục và tên tệp cho tùy chọn này
Promote Shape lưu hình dạng tham chiếu ở định dạng STL Có thể chồng hình dạng tham chiếu lên thiết kế ban đầu để hiểu chỗ nào có thể loại bỏ vật liệu dư thừa
Validation problems
Phần này cung cấp danh sách các vấn đề xác nhận cho Shape Generator Bất cứ khi nào có thể, điều quan trọng là so sánh Shape Generator với các giải pháp đã biết hoặc lý thuyết để hiểu nơi nó có thể được sử dụng một cách đáng tin cậy
Trong trường hợp này, hướng đến cách xác định cấu trúc hỗ trợ cần thiết để hỗ trợ tải phân tán đồng đều tác động lên một khu vực Như thể hiện trong hình bên dưới, có ba ràng buộc cố định ở dưới cùng của cấu trúc
Hình 2.17: Hai chi tiết trước sau tối ưu
Sử dụng Shape Generator, mô hình hóa cấu trúc này với tải phân bố đồng đều được áp dụng lên đỉnh Ba ràng buộc cố định được áp dụng cho đáy, một ở mỗi đầu và một ở giữa chiều dài Kết quả dưới được cho là tốt với giải pháp được công bố Hình dạng được tạo ra có dạng một mặt cầu được xây dựng trên hai vòm hỗ trợ có khả năng truyền tải áp lực nén đến các ràng buộc cố định
Hình 2.18: Hình dạng lưới của chi tiết
Trong trường hợp này, hình bán cầu có lớp vỏ mỏng được kiểm tra
Vỏ có một lỗ ở trên cùng, xung quanh đó là một áp lực được áp dụng
Các chuyển vị y được cố định ở cạnh dưới của bán cầu Các chuyển vị x và z được cố định xung quanh lỗ trên đỉnh bán cầu
Sử dụng Shape Generator, có thể tái tạo kết quả Trong khi phần lớn kết quả được tạo ra đều giống với kết quả được công bố, một số khác biệt đáng chú ý xảy ra ở cạnh dưới của bán cầu Trong kết quả Shape Generator, chỉ còn lại một lớp vật liệu mỏng nơi áp dụng các điều kiện biên Các kết quả được công bố cho thấy một dải vật liệu dày hơn nhiều xung quanh mép dưới của bán cầu Các kết quả được công bố cũng cho thấy một số phương sai về độ dày của dải vật liệu này, có thể là do các điều kiện biên đối xứng được sử dụng
Hình 2.20: Kết quả sau khi tối ưu của nửa quả cầu
Bài tập áp dụng
Hình 2.21: Qui trình tổng quan các bước
Bước 1: Mở file và vào môi trường Shape Generator:
Mở file Part4-Orgin.ipt và nhấn thanh công cụ 3D Model
Explore, bấm vào click Shape Generator
Trên thanh công cụ Analysis Create Study
Hình 2.22: Tạo mô đun Shape Generator
Bước 2: Thêm Material và Constraints:
Trên thanh công cụ Analysis Material panel, chọn
Trong hộp thoại Assign Materials, cột Override Material, nhấn mở danh sách và chọn Steel, Carbon
Trong cột Safety Factor, chọn Yield Strength
Hình 2.23: Hộp thoại Assign Materials
Trên thanh công cụ của Analysis, click vào Structural Constraints:
Chọn Pin , nhấn chọn vào như Hình 2.24 và chọn OK:
Hình 2.24: Chọn ràng buộc Pin
Bước 3: Thêm Loads và Preserve Region:
Trên thanh công cụ của Analysis, click vào Force :
Chọn mặt như trong Hình 2.25 và
Hình 2.25: Tải trọng thứ nhất nhập
Trên thanh công cụ của Analysis, click vào Preserve Region
Chọn từng mặt như Hình 2.27, chỉnh Radius = 12 mm và Length = 31 mm rồi nhấn Apply và chọn mặt tiếp theo
Hình 2.27: Preserve Region thứ nhất
Chọn mặt như Hình 2.28, chỉnh Height = 15.7 mm và Length = 20 mm rồi nhấn Apply
Hình 2.28: Preserve Region thứ hai
Bước 4: Điều chỉnh Shape Generator Settings và Promote Shape:
- Shape Generator Settings Để truy cập, thanh công cụ Analysis Goals and Criteria panel, nhấp vào Shape Generator Settings
Chỉnh Mass Target, reduce original by (%) là 35% và Mesh Resolution là 1.00
Hình 2.29: Hộp thoại Shape Generator Settings
Sau đó, nhấn thanh công cụ Analysis Generate Shape
Lúc này, phần mềm sẽ phân tích được một khoảng thời gian rồi đưa ra kết quả như sau
Hình 2.30: Hình dạng thiết kế tối ưu
Sau đó, hãy nhấn thanh công cụ Analysis Promote Shape Tiếp theo hãy nhấn vào Current Part File và nhấn vào OK
Hình 2.31: Hộp thoại Promote Shape
Bước 5: Thiết kế lại chi tiết:
Sau khi có file mesh của chi tiết được tối ưu hóa, hãy thiết kế lại dựa vào file mesh đó Chi tiết được thiết kế không cần thiết phải giống hoàn toàn với file mesh được ra Nhưng mà người thiết kế phải làm sao cho hình dạng kết cấu được tối ưu Để cho thuận tiện cho việc thiết kế, nhấn View Visual Style
Cuối cùng, đã hoàn thành xong thì sẽ có kết quả tương tự như vậy
Hình 2.32: Bracket đã tối ưu
Bước 6: Phân tích phần tử hữu hạn: Để chứng minh, hình dạng này có hiệu quả hơn trước thì cần phải phân tích phần tử hữu hạn Trên thanh công cụ 3D Model Stress
Analysis Sau đó, nhấn chuột phải vào mô đun Shape Generator mới vừa tạo ở thanh Model rồi nhấn Copy Study
Hình 2.33: Sao chép Mô đun Shape Generator Ở mô đun mới vừa tạo, nhấn Edit Study Properties
Và chuyển thành mô đun Static Analysis
Hình 2.35: Chuyển thành mô đun Static Analysis
Tiếp theo, nhấn Simulate trên thanh công cụ Analysis
Cuối cùng, ta có được kết quả phân tích Von Mises Stress
Hình 2.36: Kết quả phân tích Von Mises Stress
Cũng như kết quả phân tích Displacement và các kết quả khác
Hình 2.37: Kết quả phân tích Displacement
Hình 2.38: Qui trình tổng quan các bước
Tấm đỡ dùng làm tấm chịu lực của một xi lanh và được cố định bởi một liên kết pin và có một con bu lông kê ở đầu bên phải
Bước 1: Mở file và vào môi trường Shape Generator:
Mở file Part3-Orgin.ipt và nhấn thanh công cụ 3D Model Explore, bấm vào click Shape Generator
Trên thanh công cụ Analysis Create Study
Hình 2.39: Tạo mô đun Shape Generator
Bước 2: Thêm Material và Constraints:
Trên thanh công cụ Analysis Material panel, chọn
Trong hộp thoại Assign Materials, cột Override Material, nhấn mở danh sách và chọn Steel
Trong cột Safety Factor, chọn Yield Strength
Hình 2.40: Hộp thoại Assign Materials
Trên thanh công cụ của Analysis, click vào Structural Constraints: Chọn Pin , nhấn chọn vào mặt như Hình 2.41 và chọn OK:
Hình 2.41: Chọn ràng buộc Pin
Trên thanh công cụ của Analysis, click vào Structural Constraints:
Chọn Frictionless , nhấn chọn vào mặt như Hình 2.42 và chọn OK:
Hình 2.42: Chọn ràng buộc Frictionless
Bước 3: Thêm Loads và Preserve Region:
Trên thanh công cụ của Analysis, click vào Bearing :
Chọn mặt như trong Hình 2.43:
Hình 2.43: Tải trọng thứ nhất và nhập
Trên thanh công cụ của Analysis, click vào Preserve Region :
Chọn từng mặt như Hình 2.45, rồi nhấn Apply và chọn mặt tiếp theo
Hình 2.45: Preserve Region thứ nhất
Chọn mặt như Hình 2.46, rồi nhấn Apply
Hình 2.46: Preserve Region thứ hai
Chọn mặt như Hình 2.47, rồi nhấn Apply
Hình 2.47: Preserve Region thứ ba
Bước 4: Điều chỉnh Shape Generator Settings và Promote Shape:
- Shape Generator Settings Để truy cập, thanh công cụ Analysis Goals and Criteria panel, nhấp vào Shape Generator Settings
Chỉnh Mass Target, reduce original by (%) là 40% và Mesh Resolution là 3.00 (Chúng ta có thể giảm hệ số này nếu muốn có hình dạng chi tiết hơn)
Hình 2.48: Hộp thoại Shape Generator Settings
Sau đó, nhấn thanh công cụ Analysis Generate Shape Lúc này, phần mềm sẽ phân tích được một khoảng thời gian rồi đưa ra kết quả như sau
Hình 2.49: Hình dạng thiết kế tối ưu
Sau đó, hãy nhấn thanh công cụ Analysis Promote Shape Tiếp theo hãy nhấn vào Current Part File và nhấn vào OK
Hình 2.50: Hộp thoại Promote Shape
Bước 5: Thiết kế lại chi tiết:
Sau khi có file mesh của chi tiết được tối ưu hóa, hãy thiết kế lại dựa vào file mesh đó Chi tiết được thiết kế không cần thiết phải giống hoàn toàn với file mesh được ra Nhưng mà người thiết kế phải làm sao cho hình dạng kết cấu được tối ưu Để cho thuận tiện cho việc thiết kế, nhấn View Visual Style
Cuối cùng, đã hoàn thành xong thì sẽ có kết quả tương tự như vậy
Hình 2.51: Tấm đỡ đã tối ưu
Bước 6: Phân tích phần tử hữu hạn: Để chứng minh, hình dạng này có hiệu quả hơn trước thì cần phải phân tích phần tử hữu hạn Trên thanh công cụ 3D Model Stress
Analysis Sau đó, nhấn chuột phải vào mô đun Shape Generator mới vừa tạo ở thanh Model rồi nhấn Copy Study
Hình 2.52: Sao chép Mô đun Shape Generator Ở mô đun mới vừa tạo, nhấn Edit Study Properties
Và chuyển thành mô đun Static Analysis
Hình 2.54: Chuyển thành mô đun Static Analysis
Tiếp theo, nhấn Simulate trên thanh công cụ Analysis
Cuối cùng, ta có được kết quả phân tích Von Mises Stress
Hình 2.55: Kết quả phân tích Von Mises Stress
Cũng như kết quả phân tích Displacement và các kết quả khác
Hình 2.56: Kết quả phân tích Displacement