ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien
Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Gerhard Lener
Dipl.-Ing. Felix Bertagnolli
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Inhaltsübersicht
Motivation für die Entwicklung des Algorithmus
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Motivation
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 Optimierung der Form eines Kunststoff-Bedienhebels einer
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Optimierung mittels FEM
Motivation für die Entwicklung des Algorithmus
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Optimierung mittels FEM
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„Von Hand“-Optimierung
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Sauter, Mulfinger, Muller: Neue Entwicklungen im Be...
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Optimierung über Temperaturverformungen
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Optimierung über Temperaturverformungen
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Definition der Randbedingungen
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Zusammenfassung - Ausblick
Motivation für die Entwicklung des Algorithmus
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 Es wurden die gebräuchlichen Verfahren zur Optimierung d...
ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien
Zusammenfassung
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 Das entwickelte Verfahren erforderte keine zusätzliche S...
ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien
Ausblick und mögliche Weiterentwicklungen
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Vielen Dank für Ihre
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Ein Algorithmus zur parameterfreien Formoptimierung und Vergleich mit kommerziellen Lösungen

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Motivation für die Entwicklung des Algorithmus
Vorstellung des entwickelten Algorithmus
Vergleich mit parameterfreien Topologieoptimierung
Zusammenfassung und AusblickVergleich mit parameterorientierter Gestaltoptimierung
Anwendung an einem Druckgussgehäuse
Optimierungsverfahren mittels FEM

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Ein Algorithmus zur parameterfreien Formoptimierung und Vergleich mit kommerziellen Lösungen

  1. 1. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Gerhard Lener Dipl.-Ing. Felix Bertagnolli 1 Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften Stahlbau und Mischbautechnologie Univ. Prof. Dipl.- Ing. Dr. techn. Gerhard Lener Ein Algorithmus zur parameterfreien Formoptimierung und Vergleich mit kommerziellen Lösungen
  2. 2. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien 2 Inhaltsübersicht Motivation für die Entwicklung des Algorithmus Vorstellung des entwickelten Algorithmus Vergleich mit parameterfreien Topologieoptimierung Zusammenfassung und Ausblick Vergleich mit parameterorientierter Gestaltoptimierung Anwendung an einem Druckgussgehäuse Optimierungsverfahren mittels FEM
  3. 3. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Motivation 3  Optimierung der Form eines Kunststoff-Bedienhebels einer mechanisch verstellbaren Lenksäule hinsichtlich Festigkeit Ausgangsgeometrie für die Optimierung  Die Optimierung soll nach Möglichkeit in ANSYS Workbench erfolgen
  4. 4. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien 4 Optimierung mittels FEM Motivation für die Entwicklung des Algorithmus Vorstellung des entwickelten Algorithmus Vergleich mit parameterfreien Topologieoptimierung Zusammenfassung und Ausblick Vergleich mit parameterorientierter Gestaltoptimierung Anwendung an einem Druckgussgehäuse Optimierungsverfahren mittels FEM
  5. 5. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Optimierung mittels FEM 5 „Von Hand“-Optimierung Parameterorientierte Optimierung Parameterfreie Optimierung Geometrie CAD Model SetupSolution Post- processing
  6. 6. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Optimierung mittels FEM 6 Parameterorientierte Optimierung Sauter, Mulfinger, Muller: Neue Entwicklungen im Bereich der Gestalt- und Topologieoptimierung; FE-Design, Karlsruhe [1992]
  7. 7. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Optimierung mittels FEM 7 Sauter, Mulfinger, Muller: Neue Entwicklungen im Bereich der Gestalt- und Topologieoptimierung; FE-Design, Karlsruhe [1992] Parameterfreie Optimierung
  8. 8. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien 8 Optimierung über Temperaturverformungen Motivation für die Entwicklung des Algorithmus Vorstellung des entwickelten Algorithmus Vergleich mit parameterfreien Topologieoptimierung Zusammenfassung und Ausblick Vergleich mit parameterorientierter Gestaltoptimierung Anwendung an einem Druckgussgehäuse Optimierungsverfahren mittels FEM
  9. 9. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Optimierung über Temperaturverformungen 9 Spannungsanalyse infolge der Belastung Verformungsberechnung der Temperaturbelastung Geometrie CAD Setup Solution Post → Solution Post {u,v,w} Setup Geometrie CAD
  10. 10. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Optimierung über Temperaturverformungen 10 Definition der Randbedingungen der statischen Analyse Definition der Bereiche wo die Geometrie nicht modifiziert werden darf
  11. 11. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Optimierung über Temperaturverformungen 11 Transfer des Modells nach ANSYS APDL und Angabe der ADPL-Datei für die Optimierung
  12. 12. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Optimierung über Temperaturverformungen 12 ! seqv in etable etable,seqv,s,eqv ! Speichern in S_eqv *vget,s_eqv(1),elem,1,etab,seqv ! Maximalspannung esort,seqv *get,seqvmx,sort,,max ! Temperaturbelastung aufbringen treff,seqvmx*0.5 *do,iel,1,elmx bfe,iel,temp,1,s_eqv(iel) *enddo ! Factor Temperaturverformung fac=500 upgeo,fac,1,1,temp,rst save,geo_opt,db
  13. 13. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Optimierung über Temperaturverformungen 13 Ergebnis der Optimierung
  14. 14. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Optimierung über Temperaturverformungen 14 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 v'MisesSpannung[%] Iterationen Ergebnis der Optimierung Rückführung der optimierten Geometrie z.B. FE-Modeler
  15. 15. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien 15 Parameterorientierte Gestaltoptimierung Motivation für die Entwicklung des Algorithmus Vorstellung des entwickelten Algorithmus Vergleich mit parameterfreien Topologieoptimierung Zusammenfassung und Ausblick Vergleich mit parameterorientierter Gestaltoptimierung Anwendung an einem Druckgussgehäuse Optimierungsverfahren mittels FEM
  16. 16. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Parameterorientierte Gestaltoptimierung 16 DS_Angle = 20..150 DS_Thickness = 15..25 DS_Depth = 15..25 DS_LowerRadius = 45..55 Quelle: CADFEM Update Training 12.1
  17. 17. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Parameterorientierte Gestaltoptimierung 17 Initial mass: 752g, safety factor: 0.546, Quelle: CADFEM Update Training 12.1 Optimal: 717 g, safety factor: 1.126
  18. 18. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Parameterorientierte Gestaltoptimierung 18
  19. 19. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Parameterorientierte Gestaltoptimierung 19 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 v'MisesSpannung[%] Masse[%] Iterationen Optimierung Kranhaken Seqv [Mpa] Masse [kg]
  20. 20. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien 20 Parameterfreie Topologieoptimierung Motivation für die Entwicklung des Algorithmus Vorstellung des entwickelten Algorithmus Vergleich mit parameterfreien Topologieoptimierung Zusammenfassung und Ausblick Vergleich mit parameterorientierter Gestaltoptimierung Anwendung an einem Druckgussgehäuse Optimierungsverfahren mittels FEM
  21. 21. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Parameterfreie Topologieoptimierung 21
  22. 22. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Parameterfreie Topologieoptimierung 22 Shape Optimization (ANSYS ) Temperaturverformung
  23. 23. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Parameterfreie Topologieoptimierung 23 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 v'MisesSpannung[%] Masse[%] Iterationen Optimierung Bremshebel Seqv [Mpa] Masse [kg] 82% ITER=2 ITER=10 54%
  24. 24. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Parameterfreie Topologieoptimierung 24 ITER=2ITER=10
  25. 25. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien 25 Optimierung - Druckgussgehäuse Motivation für die Entwicklung des Algorithmus Vorstellung des entwickelten Algorithmus Vergleich mit parameterfreien Topologieoptimierung Zusammenfassung und Ausblick Vergleich mit parameterorientierter Gestaltoptimierung Anwendung an einem Druckgussgehäuse Optimierungsverfahren mittels FEM
  26. 26. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Optimierung - Druckgussgehäuse 26 Werkstoff: EN AC-42200 T6 Deckel Gehäuse 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110% 120% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110% 120% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 v'MisesSpannung[%] Masse[%] Iterationen Druckgussgehäuse Spannung [%] Masse [%] 85%
  27. 27. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Optimierung - Druckgussgehäuse 27 Definition der Randbedingungen in WB (Named Selections)
  28. 28. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Optimierung - Druckgussgehäuse 28 5 ,1 2 1 1 1 ,2 180,5 153,6 k a a N N N N 2,24 Erhöhung der ertragbaren Lastspielzahlen
  29. 29. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Optimierung - Druckgussgehäuse 29 Modifizierte Geometrie Vergleich mit Ausgangsgeometrie
  30. 30. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien 30 Zusammenfassung - Ausblick Motivation für die Entwicklung des Algorithmus Vorstellung des entwickelten Algorithmus Vergleich mit parameterfreien Topologieoptimierung Zusammenfassung und Ausblick Vergleich mit parameterorientierter Gestaltoptimierung Anwendung an einem Druckgussgehäuse Optimierungsverfahren mittels FEM
  31. 31. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Zusammenfassung 31  Es wurden die gebräuchlichen Verfahren zur Optimierung der Gestalt und Topologie von vorgestellt und die erzielbaren Ergebnisse miteinander verglichen.  Von den drei Optimierungsverfahren  „von Hand“  parameterorientierte  parameterfreie besitzen alle Verfahren Stärken und Schwächen.  Das in ANSYS integrierte Verfahren der Topologieoptimierung liefert vergleichbare Ergebnisse wie das entwickelte Verfahrung mittels der Temperaturverformungen.  Das Verfahren der Topologieoptimierung in ANSYS kann jedoch keine Elemente über den vorgegebenen Bauraum hinaus hinzufügen, das Verfahren mittels der Temperaturverformungen schlecht Elemente entfernen.
  32. 32. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Zusammenfassung 32  Das entwickelte Verfahren erforderte keine zusätzliche Software.  Die Möglichkeiten der Workbenchumgebung lassen sich sinnvoll und auf ähnlich intuitive Art wie für die übrigen Programmteile nutzen.  Das entwickelte Verfahren bietet Vorteile bei der Definition der Randbedingungen für die Optimierung und liefert einen raschen Hinweis auf die Optimierungsmöglichkeit von komplexen dreidimensionalen Bauteilen.  Als Nachteil ist derzeit noch die beschränkte Modifikation der Ausgangsgeometrie anzusehen. Bei großen Umformgraden entstehen „schlechte Elemente“, welche den Einsatz limitieren.  Der Markt bietet sehr viel Software zur Bauteiloptimierung. Keines der Verfahren liefert aber in allen Fällen auf Knopfdruck die optimale Lösung.
  33. 33. ANSYS Conference - 22.- 23. April 2010, Wien Ausblick und mögliche Weiterentwicklungen 33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit  Einbau von automatischen REZONING / REMESHING Routinen (z.B. in WB über FE-Modeler)  Verbesserung des Moduls zur Entfernung von gering beanspruchten Modellbereichen
  34. 34. Kontaktieren Sie uns – wir helfen Ihnen gerne! CADFEM (Austria) GmbH Wagenseilgasse 14 1120 Wien Tel. +43 (0)1 587 70 73 – 0 E-Mail. info@cadfem.at Web. http://www.cadfem.at Immer aktuell informiert – CADFEM Blog, Xing und Youtube-Channel CADFEM Blog - Umfassend informiert • News zur FEM-Simulation - What‘s hot? What‘s new? • Video-Tutorials - ANSYS, LS DYNA & mehr • Hinter den Kulissen: CADFEM intern CADFEM Youtube Channel - Tips & Trick • Video Tutorials - ANSYS Software und CADFEM Applications CADFEM auf Xing - News kompakt • Vorschau auf Events & Seminare • Neue CADFEM Produkte • CADFEM Jobbörse Fragen? Interesse?

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