ТОПОЛОГІЧНА ОПТИМІЗАЦІЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ТА ОБЛАДНАННЯ В СЕРЕДОВИЩІ SOLIDWORKS SIMULATION
Анотація
В статті розглянуто порівняно новий та перспективний підхід до оптимізації конструкції деталей машин та обладнання. Метод полягає в оптимізації топології конструкції деталі шляхом ефективного розподілу матеріалу за певних експлуатаційних навантажень. Об’єктом дослідження в статті є монтажний кронштейн PARKER HANNIFIN масою 6,5 кг з номінальним навантаженням 50 кН. Розрахункову модель кронштейна за його креслеником відтворено в геометричній моделі деталі в масштабі 1:1 у середовищі SOLIDWORKS, призначено матеріал та визначено масу, яка повністю відповідає масі оригінальної деталі. Виконано міцнісний статичний аналіз моделі кронштейна в SOLIDWORKS Simulation, на підставі якого визначено напруження, що виникають у деталі, переміщення та коефіцієнт запасу міцності, який становить 2,7. Крім того, за допомогою інструменту Desing Insight визначено області, які найефективніше сприймають навантаження, і ті, що не сприймають навантаження. На підставі цього сформульовано припущення щодо доцільності проведення топологічної оптимізації деталі з метою зменшення її маси та ефективного використання об’єму матеріалу за умов експлуатаційних навантажень. У середовищі SOLIDWORKS Simulation здійснено топологічний аналіз кронштейна. Аналіз топології виконано за умови найкращого співвідношення маси кронштейна до жорсткості його конструкції з показником зменшення маси 60%. Одержано модель, на підставі якої інструментами CAD-модуля SOLIDWORKS внесено відповідні корективи у базову модель кронштейна. У результаті модифікації початкової моделі кронштейна одержано оптимізовану його модель. Маса оптимізованої моделі – 3 кг, що становить 46% від маси початкової моделі. Виконано міцнісний статичний аналіз оптимізованої моделі деталі, на підставі якого встановлено значення напружень, що виникають у деталі, значення переміщень та коефіцієнта запасу міцності, який становить 1,5. За результатами проведених досліджень зроблено висновок, що оптимізована деталь має достатню жорсткість та запас міцності за заданих значень навантаження.
Посилання
sldworks/r_welcome_sw_online_help.htm.
2. Мастенко І. В., Стельмах Н. В. Застосування топологічної оптимізації при проектуванні деталі типу кронштейн. Ефективність інженерних рішень
у приладобудуванні : збірник праць XV Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспрантів та молодих вчених, 10-11 грудня 2019 року, м.
Київ / КПІ ім. Ігоря Сікорського, ПБФ, ФММ. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019. С. 147-150.
3. Мастенко І. В., Стельмах Н. В. Аналіз методів топологічної оптимізації при проектуванні елементів приладів. Погляд у майбутнє приладобудування : збірник праць ХIII Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспрантів та молодих вчених, 13-14 травня 2020 року,
м. Київ / КПІ ім. Ігоря Сікорського, ПБФ, ФММ. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019. С. 109-111.
4. Стукалець І. Г. Основи інженерного аналізу технічних об’єктів. Курс лекцій для студентів інженерних спеціальностей. Львів : ЛНУП, 2022. 109 с.
5. Bendsøe M. P., Kikuchi N. Generating Optimal Topologies in Structural Design Using a Homogenization Method. Comput. Methods Appl.
Mech. Eng. 1988, 71(2), p. 197–224.
6. Bendsøe M. P., Sigmund O. Topology optimization: theory, methods, and applications. Springer, Berlin, 2003, ISBN-3540429921, 376 p.
7. Deaton J. D., Grandhi R. V. A survey of structural and multidisciplinary continuum topology optimization: post 2000. Structural and
Multidisciplinary Optimization. 2014. January. Vol. 49, iss. 1. Р. 1-38.
8. Diaz A. R., Kikuchi N. Solutions to Shape and Topology Eigenvalue Optimization Using a Homogenization Method. Int. J. Numer. Methods Eng. 1992, 35, p. 1487-1502.
9. Eves J., Toropov V. V., Thompson H. M., Gaskell P. H., Doherty J. J., Harris J. C. Topology optimization of aircraft with non-conventional
configurations. 8th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization. June 1 – 5 2009,
Lisаbon. P. 1-9.
