Software: FEM - Tutorial - Topologie-Optimierung - Ergebnis-Netzkoerper - Simulation

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Belastungsanalyse auf Netzkörper-Grundlage in Autodesk Fusion (ohne Nachkonstruktion!)

Für eine schnelle Analyse der Belastbarkeit eines optimierten Bauteils ist eine Nachkonstruktion sehr aufwändig und meist auch zu stark vereinfachend. Deshalb soll hier ein Weg der (fast) direkten Simulation auf Grundlage des Ergebnis-Netzkörpers der Optimierung gezeigt werden.

Die mögliche Vorgehensweise wird im Folgenden am Beispiel der komplexesten Lösung demonstriert, die durch die schrittweise Erhöhung der anzustrebenden Zielmasse auf 65 % entstand:

• Wichtig: Der Regler an der Legende für die "Kritikalität des Lastpfades" muss exakt auf dem Ziel-Massenverhältnis stehen, damit das zugehörige Netz benutzt wird!
• Ergebnisse > Ergebniswerkzeuge > Verschieben öffnet den Dialog für das Verschieben des Netzobjektes.
• Da wir vor einer Belastungsanalyse das Netzobjekt in einen Volumenkörper überführen und etwas nachbearbeiten müssen, wählen wir die Option "Arbeitsbereich Konstruktion":

• Das Verschieben erstellt aus Ergebnissen der Formoptimierung einen Netzkörper. Dieser Netzkörper kann mit den Modellierungswerkzeugen bearbeitet werden.
• Nach dem Verschieben wechselt das Programm automatisch in den Arbeitsbereich "Konstruktion" (was eine Weile dauern kann!), wo das Netzobjekt die ursprüngliche Modell-Geometrie überlagert.

Achtung:

• Die bisherige Konstruktionsdatei "Sonde_Leichtbau_xx" soll für weitere Optimierungen im Ausgangszustand erhalten bleiben. Deshalb arbeiten wir im Folgenden mit einer Kopie weiter (Datei > Speichern unter > Sonde_Netz65_xx im gleichen Ordner):
  

Zuerst sollte man Verständnis dafür entwickeln, dass es sich bei einem Netzkörper um einen Hohlkörper mit einer vernetzten Hülle der Dicke=0 handelt:

• Die Geometrie des Original-Bauteils "Körper1" kann man ausblenden, weil wir im Weiteren nur die optimierte Form bearbeiten.
• Prüfen > Schnittanalyse mit Wahl der XY-Ursprungebene zeigt den Blick in die untere Netzkörper-Hälfte:

• Dreht man die Ansicht (z.B. über den ViewCube), erkennt man deutlich die dünnen Wände des Hohlkörpers. Die Bohrungswände sind ebenfalls Bestandteil der geschlossenen Netz-Oberfläche.
• Über den Griff kann man die Schnittebene verschieben, um unterschiedliche Schichten besser betrachten zu können.

Dieser "Hohl-"Körper muss in einen Volumen-Körper überführt werden:

• Dazu kann man die sogenannte Boundary Representation (B-rep oder BRep) nutzen, dabei wird der Volumen-Körper durch die begrenzende Oberfläche beschrieben.
• Damit man Netzkörper in BRep-Volumenkörper überführen kann, müssen im Autodesk Fusion 360 mehrere Voraussetzungen erfüllt werden.

1. Vorschaufunktion "Netz-Arbeitsbereich" aktivieren für das persönliche Fusion-Konto:

• Autodesk Fusion 360 enthält eine Reihe von vorab veröffentlichte Funktionen, welche man bei Bedarf für die persönliche Nutzung aktivieren kann. Dazu gehören auch die Möglichkeiten zur Bearbeiten von Netzkörpern.
• Nutzer-Button > Voreinstellungen > Vorschaufunktionen > Netz-Arbeitsbereich aktivieren fügt einen neuen Netz-Arbeitsbereich mit Werkzeugen zum Bearbeiten und Reparieren von Netzkörpern hinzu:
  
• Hinweis: Anscheinend ist diese Vorschaufunktion nicht sofort aktiv, sondern man muss Fusion erst beenden und erneut Starten!
• Browser > Netzkörper > Bearbeiten öffnet die Werkzeugleiste für die Netzbearbeitung.

2. Reduktion der Netzfacetten (Dreiecke) auf weniger als 10.000:

• Fusion 360 hat Probleme beim Konvertieren von Netzen mit mehr als 10.000 Oberflächen-Facetten. Bei Netzen mit zu vielen Facetten schlägt der Konvertierungsprozess möglicherweise fehl oder es treten Fehler auf.
• Falls der Prozess gelingt, gestaltet sich die weitere Bearbeitung der entstehenden BRep-Körper als sehr "träge"!

Bevor man die Anzahl der Facetten reduziert, sollte man die zerklüftete Oberfläche der optimierten Strukturen reparieren bzw. glätten:

• Zuerst inspiziert man die zerklüfteten Bereiche der Oberfläche auf offensichtliche Strukturfehler, z.B.:
  
• Netz > Auswählen > Netzpalette (aktiv) blendet die Konfiguration des Auswahlwerkzeugs ein.
• Standardmäßig ist der Modus "Farbauswahl" aktiv. Wenn nicht, sollte man diesen hierfür aktivieren.
• Die "Pinselgröße" bestimmt die Größe des "Lichtflecks", welcher den aktuell auswählbaren Bereich hervorhebt.
• Die Ansicht sollte man so drehen, dass man mit dem Auswahlpinsel den Bereich um den Strukturfehler erfassen kann:

• Nach dem Markieren des zu reparierenden Bereiches (mehrfache Pinsel-Klicks möglich) führt Netz > Ändern > Löschen und Füllen zum erforderlichen Reparatur-Dialog:

• Die Wirkung von Parameter-Änderungen erkennt man sofort in der Voransicht. Mittels <Strg>-Taste erfolgt ein Umschalten der Voransicht zwischen vorher/nachher. Mittels OK vollendet man die Reparatur mit den aktuell eingestellten Parametern.
• Die <ESC>-Taste hebt die Auswahl aller markierten Facetten wieder auf!

Sind alle offensichtlichen Strukturfehler repariert, kann man mit dem Glätten der zerklüfteten Bereiche beginnen:

• Da die einzelnen Bereiche sicher unterschiedliche Glättungsparameter benötigen, sollte man schrittweise vorgehen.
• Mit dem Auswahl-Pinsel wählt man zuerst den jeweils zu glättenden Bereich, bevor man die Glättungsfunktion aufruft (Netz > Ändern > Glatt).
• Es ist günstig, im Beispiel mit dem unteren Stützbogen zu beginnen. Um alle Oberflächenteile des Stützbogens zu erfassen, muss man bei schrittweisen Auswählen die Ansicht drehen:

• Es stört nicht, wenn Teile der Bohrungswand mit erfasst und etwas verformt werden, weil die Bohrungswand als Fläche für die Abhängigkeit noch nachbearbeitet werden muss.
• Über die Vorschaufunktion kann man für den Wert des Glättungsfilters einen günstigen Kompromiss zwischen ausreichender Glättung und zu starker Querschnittsreduktion finden (<Strg>-Taste = vorher/nachher).
• Insbesondere bei der Auswahl der inneren Flächen sollte man den kleinsten Pinsel verwenden und darauf achten, keine äußeren Ebenen mit einzubeziehen:
  
• Sind die Strukturen hinreichend glatt, so kann man sich der Reduktion der Netzgröße widmen. Nach Wahl des Netzkörpers im Browser öffnet Netz > Ändern > Reduzieren den Dialog zum Reduzieren der Facetten-Zahl:

===>> Der folgende Abschnitt wird zur Zeit erarbeitet !!!

Nach einer Reduktion der Netz-Komplexität auf unter 10000 Elementen kann eine Konvertierung des Netz-(Hüll)Körpers in einen echten (Voll-)Körper (B-REP) erfolgen

Konvertieren eines Gitters in ein BRep in Fusion 360