Software: FEM - Tutorial - Topologie-Optimierung - Mehrkriterien in Ansys

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Mehrkriterien-Topologieoptimierung in Ansys

Optimierung

Im Gegensatz zu Fusion 360 lässt sich innerhalb von Ansys Mechanical nicht nur die Formoptimierung nach vorgegebenen Prinzipien wie "Masse reduzieren bei maximaler Steifigkeit" verfolgen. Sowohl die Zielfunktion als auch die Antwortbeschränkung ermöglichen sehr individuelle Konfigurationen. Je nach Erfahrung des Nutzers lassen sich nahezu beliebig komplexe Optimierungsstudien aufbauen. Dabei können sowohl mehrere Kriterien in einer Studie als auch das gleiche Kriterium bezogen auf verschiedene Analysen (z.B. spezielle Lastfälle) genutzt werden. Wir möchten im Rahmen dieser Übung zumindest einen kleinen ersten Versuch in diese Richtung wagen und eine Multi-Kriterien-Simulation starten.

• Zunächst duplizieren wir die letzte Strukturoptimierung (Level-Set) mit der funktionierenden Konfiguration. Die neue Studie sollte wieder einen sinnvollen Namen erhalten, z.B. "Strukturoptimierung Multi".
• Achtung: Man sollte diesen Schritt erst vornehmen, wenn die vorausgegangene Berechnung der Level-Set-Methode erfolgreich war. Da sich die Komplexität nachfolgend erhöht, wird eine Fehlersuche nicht einfacher.
• Ausgehend von der duplizierten Studie versuchen wir eine zweite Zielfunktion vorzugeben.
• Nach Auswählen der Zielfunktion ist das im Arbeitsblatt mit Rechtsklick > Hinzufügen möglich.
• Als Antworttyp wählen wir Spannung und versuchen diese zu minimieren.
• Man sollte sich dabei aber bewusst sein, dass die Maximalspannung davon unberührt bleiben wird, weil diese außerhalb des Optimierungsbereichs auftritt. Der Solver hat also kaum Chancen, diesen Wert zu senken. Trotzdem besteht die Hoffnung durch diese zusätzliche Vorgabe eine Geometrie mit besserer Spannungsverteilung zu erzeugen.
• Die funktionierende Zielmasse sollte man beibehalten.
• Die Simulation nimmt wieder einige Zeit in Anspruch und sollte zu einem leicht anderen Ergebnis als bisher führen:

• Durch das Duplizieren müssten in dieser Studie direkt die Werte für Verformung und Spannung sichtbar sein.
• Wie zu erwarten ist die Gesamtverformung etwas größer geworden, da sie jetzt mit einer weiteren Zielvorgabe um die beste Lösung konkurriert.
• Die Vergleichsspannung als neues Optimierungsziel sollte man sich etwas genauer ansehen und mit dem vorherigen Ergebnis vergleichen:

• Wie bereits erläutert, wird sich am Maximalwert vermutlich wenig ändern.
• Qualitativ betrachtet ist die Spannungsverteilung im optimierten Gebiet ein klein wenig homogener als zuvor.
• Es wäre theoretisch möglich, die beiden Zielfunktionen noch manuell gegeneinander zu Wichten oder die normierte Summe für eine gleichmäßigere Wichtung zu aktivieren. Aus Zeitgründen verzichten wir darauf.
• Durch die Einschränkungen in der Größe des Optimierungsbereichs und die recht geringe Netzauflösung sind an dieser Stelle keine Wunder zu erwarten. Einzig mit nutzerspezifischen Ergebnissen als Optimierungsziel an einzelnen Stellen der Geometrie, könnte man den Solver zu ganz neuen Lösungen zwingen.
• Das Problem der fehlenden neutralen Faser bleibt auch hier bestehen und muss in der nachfolgenden Simulation der Ergebnisgeometrie beurteilt werden.

Simulation des Optimierungsergebnisses

Ergebnis glätten und Studie zum überprüfen erzeugen

Vernetzung mit kartesischer Methode

Zylindrische Lagerung anpassen

Auswertung

Gerne noch den Anhang lesen.

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