Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

05/2022

Имеется некоторый изначальный объем материала. Известны места расположения закреплений, а также место приложения нагрузки и ее значение.

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Создаем этот объем в меню Геометрия -> Объем -> Создать. Вводим в поля значения как показано ниже и нажимаем "Применить".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Объем создастся. Далее необходимо его рассечь, чтобы создать точку приложения силы в центре поперечного сечения.

Переходим в меню Геометрия -> Объем -> Разрез.

Выбираем "Координатная плоскость".

Кликаем в строку "ID объема(ов)", а затем кликаем на объем. В поле должен появиться номер выбранного объема.

Далее выбираем плоскость сечения "ZX" и ставим галочку в поле "Срастить", чтобы получившиеся в результате разрезания объекты были связаны друг с другом.

Нажимаем "Применить".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Далее повторяем эту процедуру, только в поле "ID объема(ов)" вписываем "all", чтобы выбрались все объемы.

Затем выбираем другую плоскость сечения - "XY".

Далее нажимаем "Применить".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Получим следующий результат.

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Далее можно переходить к построению сетки.

Переходим в меню Сетка-> Объемная-> Интервалы.

Выбираем "Автоматический размер" и в поле "Выбор объемов" пишем "all".

Сдвигаем ползунок чуть левее середины и нажимаем "Построить сетку".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

В итоге получим следующий результат построения сетки.

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Следующим этапом можно создать материал.

Переходим в меню Материал-> Управление материалами. После чего откроется окно материалов, где надо будет первым делом ввести название для материала, который мы будем использовать.

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

После того как мы задали имя (в нашем случае "MAT1"), необходимо развернуть дерево свойств в ветке "Упругость"-"Материал Гука" и перетащить, зажав левой кнопкой мыши свойства "Модуль Юнга" и "Коэффициент Пуассона" из дерева свойств в правую нижнюю область. Также необходимо поступить со свойством "Предел прочности" из ветки "Прочность"-"Изотропная прочность".

Затем задать значения по примеру ниже.

Далее нажимаем "Применить" и затем "Х" в правом верхнем углу панели "Управление материалами".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Следующим шагом создадим блок для передачи свойств нашему объему.

Переходим в меню Блоки-> Блок-> Добавить сущность в блок.

Выбираем в списке сущностей "Объем", а в строке "ID объекта(ов)" пишем "all", чтобы добавить в блок все объемы сразу.

Затем нажимаем "Применить".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Далее переходим в меню Блоки-> Блок-> Свойства/параметры блока.

Выбираем из выпадающего списка "Имя блока" созданный нами блок (в нашем примере он будет единственный).

Далее из выпадающего списка "Материал" выбираем созданный нами материал.

Нажимаем "Применить".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

На следующем шаге создадим граничные условия. Для этого переходим в меню Граничные условия-> Перемещение-> Создать.

Выбираем "Поверхность", кликаем в строку "ID объекта(ов)", а после этого с зажатым Ctrl кликаем на интересующие нас поверхности, после чего в строке "ID объекта(ов)" появятся номера выбранных нами поверхностей.

Ставим галочку в поле "Все" в меню "Степени свободы" и нажимаем "Применить".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Далее необходимо приложить нагрузку.

Важно!

  • Нагрузка должна быть адекватна прочностным свойствам материала (на первом шаге расчета итоговые напряжения по Мизесу не должны превышать предел прочности, поэтому сначала проведите статический расчет и убедитесь в этом). Иначе алгоритм либо оставит весь материал на месте при слишком большой нагрузке, либо материала останется меньше, чем может отразить сетка, что приведёт к артефактам, если нагрузка слишком мала.

Переходим в меню Граничные условия-> Точечная сила-> Создать.

В списке объектов выбираем "Вершина", кликаем в поле "ID объекта(ов)", а затем в центральную вершину на противоположном краю блока, после чего в поле "ID объекта(ов)" появится ее номер.

В поле "Сила" вписываем значение "-1000000000" или "-1e9".

В поле "Направление" задаем "0 0 1", тем самым указывая направление вдоль оси "Z".

Нажимаем "применить".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Далее переходим в меню Настройки расчета-> Топологическая оптимизация.

Выбираем размерность "3D".

Нажимаем "Применить", а затем "Начать расчет".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

В открывшемся окне выбираем место сохранения результатов и имя файла. Затем нажимаем "Сохранить".

После этого начнется расчет.

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Когда расчет завершится в Командной строке выйдет следующее сообщение. После этого можно переходить к просмотру результатов.

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Для просмотра результатов необходимо перейти в постпроцессор Fidesys Viewer.Чтобы это сделать нужно перейти в меню "Результаты" и нажать "Открыть результаты", после чего откроется папка с результатами.

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Папка с результатами

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Далее надо перейти внутри нее в папку "model" и найти в ней последний файл с результатами result_XX.pvd (с наибольшим порядковым номером вместо ХХ) и открыть его двойным кликом, после чего запустится постпроцессор Fidesys Viewer.

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

В открывшемся окне Fidesys Viewer необходимо применить фильтр "Порог".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Далее выбрать входной массив "Модуль упругости", поставить галочку в поле "Все скаляры" и нажать "применить".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Далее необходимо подвинуть ползунок минимального значения модуля упругости до значения порядка 1е10 и нажать "применить".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

В окне модели мы увидим результат - топологически оптимизированную конструкцию. Далее ее можно экспортировать в формате для 3D печати.

Для более гладкого вида итоговой конструкции необходимо сделать более мелкую сетку. Для получения результата идеально пригодного к 3D печати необходимо, чтобы размер конечного элемента равнялся высоте печатного слоя. Правда в таком случае время, требующееся для решения задачи, может оказаться значительным.

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Необходимо перейти в меню "Файл"->"Сохранить данные окна".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Выбрать место сохранения и формат .x3d и нажать "ОК".

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

Затем нужно перейти в папку с сохраненной модель и двойным кликом открыть ее. Если у вас установлен слайсер для 3D принтера, к примеру Cura, то он сможет открыть модель и подготовить ее к печати.

Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю
Fidesys: Топологическая оптимизация приварного кронштейна, нагруженного сосредоточенной силой на краю

reset

brick x 10 y 6 z 10

webcut volume 1  with plane xplane offset 0 preview

webcut volume 1  with plane yplane offset 0 preview

webcut volume 1  with plane yplane offset 0 merge

webcut volume all with plane zplane offset 0 merge preview

webcut volume all with plane zplane offset 0 merge

volume all size auto factor 4

mesh volume all

create material 1

modify material 1 name 'MAT1'

modify material 1 set property 'MODULUS' value 2e+11

modify material 1 set property 'POISSON' value 0.3

modify material 1 set property 'ISO_ULTIMATE_STRENGTH' value 4.5e+08

set duplicate block elements off

block 1 add volume all

block 'Block 1' material 1 cs 1 element solid order 1

create displacement  on surface 23 35 29 21  dof all fix  

create force  on vertex 17  force value -1e9 direction 0 0 1

analysis type optimization elasticity dim3

optimization bc_protection 1.0 block all

calculation start path 'C:/Users/User/Documents/CAE-Fidesys-4.0/Result.pvd'