Yapısal optimizasyon için doğru yöntem nasıl seçilir ?
Üreticiler sürekli olarak hafif, düşük maliyetli ve yüksek performanslı ürünler tasarlamanın yollarını aramaktadır. Bu yazıda, simülasyon odaklı birkaç tasarım teknolojisini ve daha da önemlisi bunların bir ürün geliştirme sürecinde nasıl ve ne zaman uygulanacağını inceleyeceğiz.
Topografya (Topography) Optimizasyonu
Topografya optimizasyonu, üreticilerin herhangi bir ince cidarlı parçayı tasarlamasına ve optimize etmesine yardımcı olur. İnce cidarlı yapılar kolaylıkla uyarılabilir ve belirli koşullar altında istenmeyen gürültüye, titreşime ve hatta hasara neden olabilir.
Titreşim özelliklerini iyileştirmek, rijitlik için bead olarak adlandırılan lokal şekil değişiklikleri eklenir. Çoğu zaman bu bead’lerin konumu, şekli ve yönü, parçanın doğal geometrisine ve tasarımcının deneyimine bağlıdır. Topografya optimizasyonu, tasarımcıların bead’lerin eklenebileceği ve eklenemeyeceği alanları, bead’lerin genişliğini ve ayrıca yönü, açısı ve yüksekliğini tanımlamasını sağlar.
Altair OptiStruct çözücüsü için optimize edilmiş bir bead deseni, kütle veya üretim karmaşıklığı eklemeden, rijitliği, frekans yanıtını veya diğer performans hedeflerini en üst düzeye çıkarır.
Topoloji (Topology) Optimizasyonu
Tek bir yükü taşıması gereken basit bir kiriş düşünün. Mühendisler genellikle uygulanabilir bir çözüm önermek için deneyimlerinden yararlanabilirler. Ancak, dar bir alana sıkışmış, birden fazla yük taşıması gereken karmaşık bir parçayla karşılaştıklarında, Altair OptiSruct çözücüsüne ihtiyaç duyarlar.
Mevcut bir tasarımı doğrulamak yerine, topoloji optimizasyonu, bitmiş bir ürüne kolayca dönüştürülebilen formlar önererek tasarımcı yaratıcılığını geliştirmek için fiziği kullanır. Parça konsolidasyonu için hızlı tasarım keşfi ve gelişmiş geliştirme üretkenliği sağlar.
Mühendisler, malzeme, ekstrüzyon, simetri, çekme yönü, boşluktan kaçınma ve destek açısı ( 3D Print) dahil olmak üzere tasarımın başlangıç aşamalarında üretim kısıtlamaları uygulayabilir. Optimizasyona dahil edilecek ve edilmeyecek bölümleri tanımlayabilir ve parçanın kullanımda göreceği beklenen yükleri uygulayabilirler. Topoloji optimizasyonu minimum kütle veya maksimum rijitlik ile performans hedeflerini karşılayan optimum, üretilebilir konsept yapılar üretir.
Size, Shape ve Free-Shape Optimizasyonu
Topoloji ve topografya optimizasyonu harika konseptler sunar, ancak en umut verici yeni tasarımlara bile ince ayar yapılması gerekir. Boyut (size), şekil (shape) ve serbest şekil (free-shape) optimizasyonunun devreye girdiği yer burasıdır.
Boyut optimizasyonu, kesit kalınlıkları, malzeme seçimi ve diğer parça parametreleri gibi temel ürün özellikleri için en uygun çözümleri bulmak için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Tasarımcılar, ilk konsept analizleri sırasında yüksek stres bölgeleri gördüklerinde, ürün problemi potansiyelini azaltmak için şekil ve serbest şekil optimizasyonuna yöneleceklerdir. Şekil optimizasyonu, gerilimi daha eşit dağıtmak için tasarımın yüksekliğini, uzunluğunu veya yarıçapını morphing ile ayarlayarak mevcut bir geometriyi geliştirir.
Serbest şekil optimizasyonu, tasarımcıların stres azaltma için hedeflenen alanı belirlemesine izin vererek daha da fazla esneklik sağlar. Altair OptiStruct çözücüsü daha sonra parçanın o alanı için yeni, geliştirilmiş bir geometri oluşturur.
Free-Size Optimizasyonu
Free-Size optimizasyonu, bu yöntemlerin en özelidir ve genellikle lazer kaynakla birleştirilmiş ve formlanmış saçları ve parçaları optimize etmek için uygulanır. Bununla birlikte, belki de en yaygın olarak karmaşık laminat kompozit bileşenlerin tasarımında kullanılmaktadır.
Free-Size optimizasyonu, mühendislerin laminat kompozitler için optimum kalınlığı, optimum katman (ply) şekillerini ve optimum istifleme sırasını bulmasına yardımcı olur. Mühendisler, elyaf yönelimlerinin sayısı, her yönelimin maksimum kalınlığı ve toplam laminat kalınlığı gibi üretim kısıtlamalarını belirleyebilir ve ardından hızla ideal bir konsept tasarımı oluşturabilir.
Free-Size optimizasyonu, parça performans gereksinimlerini karşılayan her fiber oryantasyonu için sürekli bir kalınlık dağılımını tanımlamak için süper katman (ply) kavramını kullanır. Ardından mühendisler, katman demeti boyutlandırma optimizasyonunu kullanarak tasarımlarda ince ayar yapabilir. Her demet, katman hasarıda dahil olmak üzere ayrıntılı davranış kısıtlamaları göz önünde bulundurularak aynı yönelim ve şekle sahip birden fazla katmanı temsil eder. Son olarak, bir katman istifleme dizisi optimizasyonu, her laminatı, optimum performans sunarken tüm üretim kısıtlamalarını karşılayacak şekilde düzenler.
