بهینه‌سازی توپولوژیک سازه همراه با بارگذاری حرارتی و مکانیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی مکانیک-دانشگاه یزد

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد ، یزد، ایران

چکیده

در دنیای جدید با توجه به هزینه‌های ناشی از تولید و رویکرد جامعه‌ی صنعتی در سبک‌ و کوچک‌تر ساختن سازه‌ها و قطعات مکانیکی، احساس نیاز به تحولی عظیم در تغییر رویکرد طراحان به مقوله طراحی شدت یافته است. در این پژوهش به بررسی قابلیت‌ها، میزان کارایی و محدودیت‌های شاخه‌ای جدید از علم طراحی به نام بهینه‌سازی توپولوژیک پرداخته شد. معیار انتخاب مسائل، تلاش در جهت هرچه بهتر نشان دادن قابلیت‌های بهینه‌سازی توپولوژیک بوده است. به‌منظور ارزیابی مسائل پیچیده‌ از الگوریتم‌های بهینه‌سازی در محدوده نرم‌افزار انسیس بهره گرفته شد که ازجمله این مسائل می‌توان به تیر یکسر گیردار تحت بارگذاری استاتیکی، تیر دوسرگیردار تحت بارگذاری استاتیکی و حرارتی، هندسه گنبدی شکل تحت بارگذاری استاتیکی و حرارتی اشاره کرد. نتایج نشان داد حجم کاسته شده در مدل‌های نهایی به ترتیب برابر 66.29%، 52.88 %، 50.054% است که این امر طبیعتاً مقداری افزایش در تنش و جابجایی مدل نهایی داشته است که طراح با توجه به محدودیت‌های حاکم بر مسئله حقیقی می‌تواند آن‌ها را تنظیم کند. نتایج نشان داد که مقدار میانگین تنش در نمونه‌های تیر یکسر گیردار، تیر دوسرگیردار و هندسه گنبدی شکل به ترتیب 88، 800 و 6 مگاپاسکال افزایش ‌یافته است. همچنین میانگین میزان جابجایی در این نمونه‌ها به ترتیب 0.0001، 0.006 و 0.002میلی‌متر افزایش یافت. به‌منظور ارزیابی چالش‌های پیش‌بینی‌نشده و بررسی تولید‌پذیری نمونه‌های بهینه‌شده، نمونه گنبدی شکل با توجه به وجود حفره‌های سه‌بعدی در بدنه، انتخاب و با استفاده از فرایند ساخت افزایشی تولید شد. نتایج نشان داد که محصول خروجی از دقت مناسبی برخوردار است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Topology Optimization Of Structures With Thermal And Mechanical Loading

نویسندگان [English]

  • sorush Mojiri 1
  • Ali Reza Shafiei 2
1 Master of Science,Department of Mechanical Engineering,Yazd University,Yazd, Iran
2 Department of mechanical Engineering, Yazd Univesity, Yazd , Iran
چکیده [English]

In this study, capabilities, performance, and limits of a new design field named topology optimization were investigated. Case studies under different loads and boundary conditions were evaluated. The case studies were selected by the purpose of illustration of the capabilities of topology optimization. In order to analyze the case studies with more complexity such as cantilever beam, both end fixed beam, dome shape under static and thermal loading, Optimization algorithms were used in the ANSYS software. Results showed reduced volume in final models are 66.29%, 52.88%, 50.054%, respectively. The mean value of stress in the Cantilever beam,both end beam and dome shape was increased 88, 800 and 6 Mpa, respectively. Also, the displacement level was increased 0.0001, 0.006 and 0.002 mm, respectively. In order to reveal the unexpected challenges and evaluation of optimized models, due to the presence of cavities in the body, Dome Shape model was selected and produced by additive manufacturing (FDM method). Results indicated that the output product has good dimensional accuracy and surface smoothness. By creating support structures that manually selected numbers and locations, 3D cavities were formed with good accuracy, indicate that there is a high potential for manufacturability of complex design parts without classical methods.

کلیدواژه‌ها [English]

  • thermal stress
  • Topology optimization
  • Ansys
  • Additive Manufacturing