Topological optimization in mechanical constructions - an example of application

• Autorzy: Wyleżoł Marek

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja topologiczna w konstrukcjach mechanicznych - przykład zastosowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article will refer to an example of topological optimization applied to a typical constructional form of an exemplary technical object. Topological optimization, in this case, is to reduce the mass of the element by removing the material that is not necessary to fulfil its objective function, resulting from specific design requirements and accepted criteria. The object form resulting from topological optimization is usually theoretical and presents only the optimal distribution of material in the design space. The development of the target construction form requires further modelling activities. The presented topological optimization process was made using the Altair Inspire [1] system. While, the CATIA v5 [6] system was used for further modelling. Target constructions will be made taking into account two manufacturing technologies: (1) cutting from sheet metal, bending, and welding, and (2) generative technology (DMLS) [8]. All obtained functional models of the same object will be compared in terms of strength characteristics and the obtained weight loss.

PL

Tematyka poruszona w artykule dotyczy opisu przykładu zastosowania optymalizacji topologicznej w odniesieniu do konwencjonalnej postaci konstrukcyjnej przykładowego obiektu technicznego. Optymalizacja topologiczna - w rozpatrywanym przypadku - ma za zadanie zmniejszenie masy elementu poprzez automatyczne usunięcie tworzywa, które nie jest niezbędne do spełnienia jego funkcji celu, wynikającej z określonych wymagań projektowych i przyjętych kryteriów. Postać obiektu, będąca wynikiem zastosowania optymalizacji topologicznej, zwykle ma charakter teoretyczny i przedstawia jedynie optymalną dystrybucję tworzywa w przestrzeni projektowej. Opracowanie docelowej postaci konstrukcyjnej wymaga dalszych działań modelowych. W artykule przedstawiono przykładowy proces optymalizacji topologicznej z użyciem systemu Altair Inspire [1]. Pozostałe prace modelowe wykonano z użyciem systemu klasy CAx - CATIA [6]. Podczas opracowania konstrukcji docelowej (już zoptymalizowanej) przedstawiono różne postaci konstrukcyjne z uwzględnieniem technologii ich wykonania. Pierwszy model wirtualny zaprezentowano jako wynik operacji wycinania z arkusza blachy, gięcia i spawania. Natomiast postać konstrukcyjna drugiego modelu wirtualnego jest dostosowana do wytworzenia z użyciem technologii generatywnej (technologia SLS) [8]. Opracowane modele tego samego obiektu porównano pod względem cech wytrzymałościowych oraz uzyskanego ubytku masy.

Słowa kluczowe

EN

topological optimization; virtual modelling; constructing

PL

optymalizacja topologiczna; modelowanie wirtualne; konstruowanie

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2019
• Tom: no. 2
• Strony: 23--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wyleżoł Marek

• Faculty of Mechanical Engineering, Silesian University of Technology, Gliwice, Poland

Bibliografia

• 1. Altair: Solid thinking. [Online]. 2019. [Accessed 06 April 2019]. Available from: http://www. solidthinking.com
• 2. Bendsoe M.P.: Optimization of Structural Topology, Shape and Materia. Berlin: Springer-Verlag, 1995.
• 3. Bendsoe M.P. Sigmund O.: Topology optimization: theory, methods and applications. Berlin: SpringerVerlag, 2003.
• 4. Chen J.: Shape optimization with topological changes and parametric control. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2007, 71(3), pp. 313-346.
• 5. Chlebus E.: Innowacyjne technologie rapid prototyping - rapid tooling w rozwoju produktu. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2003.
• 6. Dassault Systemes: CATIA v5. [Online]. 2019. [Accessed 06 April 2019]. Available from: https:// www.3ds.com/products-services/catia/products/v5/portfolio
• 7. Dietrych J.: System i konstrukcja. Warszawa: WNT, 1985.
• 8. Drukarki3D: Material data sheet - EOSStainlessSteel-GP1. [Online]. 2009. [Accessed 08 April 2019]. Available from: https://drukarki3d.pl/wp-content/uploads/2015/09/karta-materiałowaEOS-StainlessSteel-GP1-ENG.pdf
• 9. Patyk R., Kułakowska A.: Topologiczna optymalizacja konstrukcji na przykładzie widłaka wału przegubowego. Autobusy. Technika, eksploatacja, systemy transportowe, 2012, 13(5), pp. 380-386.
• 10. Siemiński P., Budzik G.: Techniki przyrostowe. Druk 3D. Drukarki 3D. Warszawa: Wyd. OWPW, 2015.
• 11. Tarnowski W.: Optymalizacja i polioptymalizacja w technice. Koszalin: Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, 2011.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).