Оптимизация формы посредством исследования проектирования

Консольный кронштейн, левая грань которого зафиксирована, и нагружен, как показано на рис. 1. Выполним оптимизацию для изменения размера центрального выреза. Цель – минимизировать объем без превышения максимального напряжения и значения деформаций. Также, наинизшая собственная частота должна быть в пределах установленного диапазона.

Исследование проектирования позволяет автоматизировать процесс оптимизации, используя параметрические и моделирующие функции программы, а также ее способности автоматической регенерации.

Задание для проведения оптимизации

Рис. 1. Задание для проведения оптимизации

В настоящем упражнении изучим следующее:

· Создание оптимизационного исследования проектирования;

· Определение переменных, ограничения и целей;

· Просмотр результатов процесса оптимизации;

· Создание графиков локальной тенденции.

1. Запуск исходных исследований Simulation

1.1.В САПР SolidWorks откройте подготовленную 3D-модель детали, с именем Cantilever_Bracket.SLDPRT (c:\Program Files\SolidWorks Corp\SolidWorks\Simulation\ Examples\Optimization\). Данная деталь поставляется вместе с SolidWorks.

1.2.Создайте статическое исследование и назовите его ReadyStatic.

Включает материал из легированной стали, давление 5e6 Н/м^2, и ограничение Фиксированный, как показано на рис.2.

Создание статического исследования

Рис.2. Создание статического исследования

1.3.Создайте исследование Частота и назовите его ReadyFrequency. Включает материал из легированной стали и ограничение Фиксированный, как показано выше.

clip_image005Оптимизационные исследования проектирования требуют наличия исходных исследований, если датчики используются в качестве ограничений или целей. Требуемые исходные исследования зависят от целей и ограничений, которые Вы выберите. Например, для минимизации значения резонансных частот необходимо определить исходное частотное исследование.

1.4.Выберем вкладку ReadyStatic, затем в дереве исследования Simulation нажмите правой кнопкой мыши на ReadyStatic clip_image006и выберите Запуск clip_image007.

1.5. В дереве конструирования FeatureManager выберите Sensors и создадите датчики:

Volume1 – для отслеживания объема: тип датчика «массовые характеристи-ки», свойства «объем»;

Stress1 — для отслеживания напряжений: тип датчика «данные моделирования», свойства «напряжение», компонент «напряжение по Мизесу», единицы измерения – н/мм^2, критерий – «Макс модели»;

User – для отслеживания перемещений: тип датчика «данные моделирования», свойства «перемещение», компонент «результирующее перемещение», единицы измерения – мм, критерий – «Макс модели»;

Frequency — для отслеживания частоты: тип датчика «данные моделирования», свойства «частотный», единицы измерения – Hz, критерий – «Макс модели», форма колебаний – «1».

Необходимо определить датчики для их использования в качестве ограничений в Исследовании проектирования. Исследование проектирования (будет создано ниже) запускает соответствующее исходное исследование Simulation для обновления значения датчика. Например, оно запускает частотное исследование для отслеживания значений резонансных частот.

2. Создание оптимизационного исследования проектирования

Чтобы создать Оптимизационное исследование проектирования:

2.1. Нажмите правой кнопкой мыши на вкладку ReadyFrequency и выберите Создать новое исследование проектирования.

clip_image005[1]Также можно использовать другие вкладки исследования для создания Исследования проектирования.

2.2. Нажмите правой кнопкой мыши вкладку Исследования проектирования и выберите Переименовать. Назовите исследование — MinVolume (МинОбъем).

2.3. На вкладке MinVolume, нажмите Параметры исследования проектирования clip_image008.

2.4. В PropertyManager в разделе Качество исследования проектирования выберите Высокое качество (медленнее).

clip_image005[2]Программа находит оптимальное решение, используя множество итераций (планирование Бокса-Бенкена) и отображает исходный сценарий, оптимальный сценарий и все итерации.

2.5. Нажмите кнопку clip_image009.

3. Определение параметров

Необходимо определить размеры модели, которые могут изменяться как параметр. Необходимо определить параметры, чтобы использовать их в качестве переменных для Исследования проектирования. Можно определить любые параметры Simulation и управляющие глобальные переменные в качестве переменных.

Определение параметров

Рис.3. Определение параметров

clip_image012Параметр, назовем его DV1, определен в файле примера. Чтобы следовать нижеследующей процедуре, удалите предварительно определенный параметр в диалоговом окне Параметры.

Чтобы определить параметр DV1:

3.1. На вкладке Вид переменной вкладки исследования MinVolume (МинОбъем) в разделе Переменные выберите Добавить параметр.

a. Отображается диалоговое окно Добавить параметры.

3.2. В диалоговом окне Добавить параметры в поле Имя введите DV1.

3.3. Установите Фильтр на Размеры модели.

3.4. В графической области выберите размер D11, показанный на рисунке 3.

3.5. Нажмите кнопку ОК , чтобы закрыть диалоговое окно Добавить параметры.

a. DV1 появится в окне списка Параметры.

3.6. Щелкните OK, чтобы закрыть диалоговое окно Параметры.

Параметры DV2 и DV3 определены в файлах примеров с использованием похожей процедуры.

4. Определение переменных

Определите три параметра — DV1, DV2 и DV3 в качестве переменных.

4.1. На вкладке Вид переменной вкладки исследования MinVolume (МинОбъем) в разделе Переменные выберите DV1 (D11@Sketch1 в эскизе).

a. Выбранная переменная отобразится в разделе Переменные.

4.2. Для переменной DV1 выберите Диапазон.

a. clip_image005[3]Программа определяет параметр как непрерывную переменную для оптимизации. Непрерывная переменная — это переменная, которая может принимать любое значение внутри пределов. Например, 14,1567 мм является допустимым значением между минимальным значением 10 мм и максимальным значением 25 мм.

4.3. В поле Мин введите 10 мм и в поле Макс25 мм.

a. Программа варьирует размеры модели между 10 мм и 25 мм для нахождения оптимального значения для переменной.

4.4. Повторите шаги 1-3 для добавления параметра DV2  (D12@Sketch1 в эскизе) в качестве переменной. Используйте те же минимальные и максимальные значения, как для DV1.

4.5. Повторите шаги 1-3 для добавления параметра DV3(D13@Sketch1 в эскизе) в качестве переменной. Введите 20 и 50 для параметров Мин и Макс, соответственно.

Раздел Переменные содержит три переменных проекта.

5. Определение датчика с помощью Исследования проектирования

Необходимо определить датчики для их использования в качестве ограничений в Исследовании проектирования. Исследование проектирования запускает соответствующее исходное исследование Simulation для обновления значения датчика. Например, оно запускает частотное исследование для отслеживания значений резонансных частот.

Определите датчик для отслеживания напряжения по Мизесу.

5.1. На вкладке Вид переменной вкладки исследования MinVolume (МинОбъем) в разделе Ограничения выберите Добавить датчик.

5.2. В окне PropertyManager в разделе Тип датчикаclip_image013, выберите Данные моделирования.

5.3. В разделе Данные количественной величины в поле Результаты clip_image013[1]выберите Напряжение.

5.4. В компоненте clip_image014выберите VON: напряжение по Мизесу.

5.5. В разделе Свойства в поле Единицы измеренияclip_image015 выберите Н/мм^2 (МПа).

5.6. В разделе Критерийclip_image016 выберите Макс модели и нажмите на clip_image017.

5.7. В дереве конструирования FeatureManager clip_image018в разделе Датчики clip_image019назовите датчик Мизес.

Просмотрите датчики URES, Frequency и Volume1, Stress1 которые отслеживают результирующее перемещение, наинизшую собственную частоту и Объем кронштейна.

Аналогично, можно создать любые датчики.

6. Определение ограничения напряжения по Мизесу

Ограничение применяется к максимальному напряжению по Мизесу, которое не должно превышать значение 300 MПa. Для определения ограничений в исследовании проектирования «оптимизация» можно использовать любой датчик или любую управляемую глобальную переменную. Для получения дополнительной информации об определении датчиков в качестве ограничений исследования проектирования см. раздел документа Справка SolidWorks Simulation Определение ограничений.

6.1. На вкладке исследования проектирования MinVolume, в разделе Ограничения, выберите значение  Напряжение 1.

 В разделе Ограничения отобразится соответствующий датчик.

6.2. В поле Напряжение по Мизесу выберите значение Меньше, чем.

6.3. В поле Макс. введите 300 Н/мм^2.

Программа автоматически выбирает исследование ReadyStatic, используемое для запуска и отслеживания значения датчика, поскольку определено только одно статическое исследование.

7. Определение ограничения на деформацию

Максимальная результирующая деформация не должна превышать 0,21 мм.

7.1. На вкладке Исследования проектирования MinVolume в разделе Ограничения в списке выберите  URES.

a. Датчик отобразится в разделе Ограничения. Этот заранее определенных датчик отслеживает значение результирующего перемещения.

7.2. В поле URES выберите значение Меньше, чем.

7.3. В поле Макс введите значение 0,21 мм.

Программа автоматически выберет исследование ReadyStatic для запуска и отследит значение датчика.

8. Определение ограничения на частоту

Наинизшая собственная частота должна быть в диапазоне от 260 Гц до 400 Гц.

8.1. На вкладке Исследования проектирования MinVolume в разделе Ограничения в списке выберите  Частота.

a. Датчик отобразится в разделе Ограничения. Этот датчик отслеживает значение наинизшей собственной частоты.

8.2. Для параметра Частота выберите значение В диапазоне.

8.3. В параметре Мин введите 260 Гц, а в параметре Макс400 Гц.

Программа автоматически выберет исследование ReadyFrequency для запуска и отследит значение датчика. Вы определили три ограничения.

9. Определение цели

Целью настоящего Оптимизационного исследования проектирования является минимизация объема детали.

9.1. На вкладке Исследования проектирования MinVolume в разделе Цели в списке выберите датчик Volume1. Датчик отобразится в разделе Цели.

9.2. В поле Volume1 выберите Минимизировать.

clip_image005[4]Можно также определить несколько целей в Оптимизационном исследовании проектирования. Можно присвоить значимость каждой из целей. Чем выше значимость цели, тем более важно оптимизировать эту цель. Программа изменяет конечную значимость цели следующим образом: (введенная Вами значимость цели)/(сумма значимостей введенных Вами целей).

10. Запуск оптимизационного исследования проектирования

На вкладке Исследования проектирования MinVolume выберите Запуск.

Программа выполняет 13 итераций (исключая исходный и оптимальный сценарии) после определения исследования Высокого качества и трех расчетных переменных. После выполнения экспериментов программа рассчитывает оптимальные расчетные параметры путем создания функции отклика, относящейся к цели переменных.

11. Просмотр результатов

На вкладке Просмотр результатов исследования проектирования MinVolume выполните следующие действия.

11.1. Выберите столбец Начальное.

Начальные параметры модели

Рис.4. Начальные параметры модели

В графическом окне к модели будут применены начальные размеры.

11.2. Взгляните на столбец Повтор 4. Этот столбец выделен красным цветом, поскольку нарушены ограничения, касающиеся напряжения по Мизесу и перемещения.

нарушены ограничения

clip_image005[5]Можно выбрать любой повтор и просмотреть соответствующий проект в графическом окне.

11.3. Взгляните на столбец Оптимальное. Этот столбец выделен зеленым цветом, поскольку оптимизация выполнена успешно.

столбец Оптимальное

11.4. Выберите столбец Оптимальное.

Оптимальные параметры модели

Рис.5. Оптимальные параметры модели

В графическом окне к модели будут применены оптимальные размеры.

12. График локальной тенденции

Можно создать графики локальной тенденции для просмотра вариаций ограничения или цели и расчетного параметра.

12.1. В левой рамке вкладки Исследование проектирования нажмите правой кнопкой мыши на папку  Результаты и графики clip_image028и выберите Определить график локальной тенденции.

Примечание: Не допускается создание графика локальной тенденции для оптимизационного исследования проектирования с непрерывными переменными.

12.2. В окне PropertyManager в разделе Ось X выберите DV2.

12.3. В PropertyManager в разделе Ось Y выберите Ограничение и в Ограничении выберите По Мизесу.

12.4. В разделе График локальной тенденции выберите Оптимальный.

Программа создает график вариации максимального напряжения по Мизесу по сравнению с расчетной переменной DV2. Тенденция отображается с двумя другими расчетными параметрами, установленными на оптимальные значения, как показано в столбце Оптимальный. Единицы измерения — МПа и мм для осей Y и X, соответственно.

График локальной тенденции

Рис.6. График локальной тенденции

12.5. Закройте график.

13. Оптимизация дискретных переменных

Для целей производства при определении непрерывных расчетных параметров следует округлить до ближайшего числа, которое может быть измерено с точностью процесса изготовления.

Для окончательных чертежей округлить расчетные параметры, перестроить модель, создать сетку и запустить статическое исследование.

В качестве альтернативы можно использовать дискретные значения для переменных, которые должны соответствовать стандартам процесса изготовления, и выполнить оптимизацию.

Александр Малыгин

Объект обсуждения - программное обеспечение для выполнения автоматизированного конструкторского и технологического проектирования, разработки управляющих программ, вопросы, связанные с разработкой прикладных САПР.

4 Комментарии “Оптимизация формы посредством исследования проектирования

  1. А что с верификацией с помощью эксперимента этой задачи или другими сложными? Такие есть примеры?

  2. Как об этом?Задача решена с помощью матмодели использованой космосом. Подобный кронштейн хорошо треангулируется. Каков процент ошибки при натурном эксперименте? Аэродинамики случается перепроверяют флоу.И не зря.

    1. Эти вопросы лучше задать разработчику SolidWorks Simulation, я никак не смогу повлиять на процент ошибок и изменить программный код не в состоянии.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *