Умный поиск 


4_2022_s_8

Название статьи МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ СИЛОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ СРЕДСТВ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Авторы

В.И. ИВЧЕНКО, заместитель начальника Республиканского компьютерного центра машиностроительного профиля, Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.">Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

А.В. ШМЕЛЁВ, канд. техн. наук, заместитель генерального директора по научной работе, Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.">Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

А.В. ТАЛАЛУЕВ, начальник Республиканского компьютерного центра машиностроительного профиля, Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.">Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

А.В. ОМЕЛЮСИК, младший научный сотрудник Республиканского компьютерного центра машиностроительного профиля, Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.">Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
В рубрике КОМПЬЮТЕРНАЯ МЕХАНИКА
Год 2022
Номер журнала 4(61)
Страницы 68–79
Тип статьи Научная статья
Индекс УДК 004.942
Идентификатор DOI https://doi.org/10.46864/1995-0470-2022-4-61-68-79
Аннотация Предложены методические рекомендации по развитию процесса проведения топологической оптимизации силовых конструкций, адаптированного для использования аддитивных технологий. Детально рассмотрена стадия постпроцессорной обработки сгенерированной в результате оптимизации полигональной геометрии детали. В процесс топологической оптимизации включена стадия валидации путем сопоставления расчетных и экспериментальных данных по оценке работоспособности (прочности) оптимизированной конструкции. Для варианта изготовления силовых конструкций методом 3D-печати предусмотрено проведение исследований механических свойств получаемого на 3D-принтере материала с учетом настроек печати и ориентации слоев материала относительно прикладываемой нагрузки при испытаниях. Приведен пример апробации предложенных методических рекомендаций на примере силового крюка, входящего в конструкцию устройства остановки колесного транспорта. Оптимизация выполнялась в программной среде SolidThinking Inspire (Altair Engineering, США). Приведены результаты расчетного и экспериментального определения разрушающей нагрузки для исходной и оптимизированной конструкции крюка. Для эксперимента крюки изготавливались из ABS-пластика по FDM-технологии. Конечно-элементные модели крюков разрабатывались в программном комплексе ANSYS Workbench (ANSYS, США). Описание свойств материалов, граничных условий и прикладываемой нагрузки выполнено в приложении LS-PrePost, расчет — в решателе LS-DYNA (ANSYS, США). Расчетная и экспериментальная оценки эффективности проведенной топологической оптимизации составили 44,4 и 57,8 %, т. е. их отличие находится пределах 13,4 %. Зоны и характер разрушений, выявленных расчетным и экспериментальным путем, полностью совпадают. Полученные результаты подтверждают корректность предложенных методических рекомендаций, выбранных подходов моделирования и определения свойств материала конструкции, изготавливаемой методом 3D-печати.
Ключевые слова компьютерное проектирование, моделирование, топологическая оптимизация, методика, силовая конструкция, снижение массы, повышение жесткости, прочность, ABS-пластик, 3D-печать, FDM-технология
  Полный текст статьи Вам доступен
Список цитируемой литературы
  1. Cazacu, R. Overview of structural topology optimization methods for plane and solid structures / R. Cazacu, L. Grama // ANNALS OF THE UNIVERSITY OF ORADEA. Fascicle of Management and Technological Engineering. — 2014. — Vol. XXIII (XIII), iss. 3. — DOI: https://doi.org/10.15660/AUOFMTE.2014-3.3043.
  2. Sigmund, O. Topology optimization approaches: a comparative review / O. Sigmund, K. Maute // Structural and Multidisciplinary Optimization. — 2013. — Vol. 48, iss. 6. — Pp. 1031–1055. — DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-013-0978-6.
  3. Structural topology optimization with constraints on multi-fastener joint loads / J.-H. Zhu [et al.] // Structural and Multidisciplinary Optimization. — 2014. — Vol. 50, iss. 4. — Pp. 561–571. — DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-014-1071-5.
  4. Leiva, J.P. Structural optimization methods and techniques to design efficient car bodies [Electronic resource] / J.P. Leiva // Proc. of International Automotive Body Congress 2011, Troy, MI, 9–10 Nov. 2011. — New York, 2011. — Vol. 28. — Pp. 41–54. — Mode of access: https://www.vrand.com/wp-content/uploads/2012/02/jpleiva_iabc2011.pdf. — Date of access: 09.09.2022.
  5. Zhu, J.-H. Topology Optimization in Aircraft and Aerospace Structures Design / J.-H. Zhu, W.-H. Zhang, L. Xia // Archives of Computational Methods in Engineering. — 2016. — Vol. 23, iss. 4. — Pp. 595–622. — DOI: https://doi.org/10.1007/s11831-015-9151-2.
  6. Brackett, D. Topology optimization for additive manufacturing / D. Brackett, I. Ashcroft, R. Hague // 22nd Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium — An Additive Manufacturing Conference, SFF. — 2011. — Pp. 348–362.
  7. Tomlin, M. Topology Optimization of an Additive Layer Manufactured (ALM) Aerospace Part / M. Tomlin, J. Meyer // The 7th Altair CAE Technology Conference. — 2011. — Pp. 1–9.
  8. Мягков, Л.Л. Реализация топологической оптимизации методом BESO в среде ANSYS APDL и ее применение для оптимизации формы шатуна тепловозного дизеля / Л.Л. Мягков, С.П. Чирский // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. — 2018. — № 11(704). — С. 38–48. — DOI: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2018-11-38-48.
  9. Применение метода топологической оптимизации для уменьшения массы конструктивно подобного кронштейна трубопровода авиационного ГТД / Д.Д. Попова [и др.] // Вестник
    ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. — 2018. — № 55. — С. 42–51. — DOI: https://doi.org/10.15593/2224-9982/2018.55.05.
  10. Топологическая оптимизация корпусных деталей вертолетного редуктора / А.М. Хитрин [и др.] // Вестн. ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. — 2018. — № 53. — С. 43–51. — DOI:
    https://doi.org/10.15593/2224-9982/2018.53.04.
  11. Компьютерное проектирование несущих конструкций машин с применением средств топологической оптимизации / С.Н. Поддубко [и др.] // Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. / Объедин. ин-т машиностроения НАН Беларуси; редкол.: С.Н. Поддубко [и др.]. — 2016. — Вып. 5. — С. 86–90.
  12. Somireddy, M. Mechanical Characterization of Additively Manufactured Parts by FE Modeling of Mesostructure / M. Somireddy, A. Czekanski // Journal of Manufacturing and Materials Processing. — 2017. — Vol. 1, iss. 2, 18. — DOI: https://doi.org/10.3390/jmmp1020018.
  13. Bhandari, S. Finite element modeling of 3D-printed part with cellular internal structure using homogenized properties / S. Bhandari, R.A. Lopez-Anido // Progress in Additive Manufacturing. — 2019. — Vol. 4, iss. 2. — Pp. 143–154. — DOI: https://doi.org/4.10.1007/s40964-018-0070-2.
  14. Representative Volume Element (RVE) Analysis for Mechanical Characterization of Fused Deposition Modeled Components / P. Ferretti [et al.] // Polymers. — 2021. — Vol. 13, iss. 20, 3555. — DOI: https://doi.org/10.3390/polym13203555.
  15. Gonabadi, H.J. The effect of processing parameters on the mechanical characteristics of PLA produced by a 3D FFF printer / H.J. Gonabadi, A. Yadav, S.J. Bull // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. — 2020. — Vol. 111, iss. 3–4. — Pp. 695–709. — DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-020-06138-4.
  16. Investigation of the effect of raster angle, build orientation, and infill density on the elastic response of 3D printed parts using finite element microstructural modeling and homogenization techniques / H. Gonabadi [et al.] // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. — 2022. — Vol. 118, iss. 5–6. —Рp. 1485–1510. — DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-021-07940-4.
  17. Максимов, П.В. Анализ методов доработки конечно-элементной модели после топологической оптимизации / П.В. Максимов, К.В. Фетисов // Международный научно исследовательский журнал. — 2016. — № 9(51). — С. 58–60. — DOI: https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.51.102.
  18. Optimize the shape of a part with the PolyNURBS tool in Inspire [Electronic resource]. — Mode of access: https://www.sculpteo.com/en/tutorial/prepare-your-model-3d-printing-inspire/enhance-part-with-polynurbs-inspire/. — Date of access: 09.09.2022.
  19. Shmelev, A.V. Experimental and estimated determination of mechanical characteristics of 3D printed ABS plastic samples under tension / A.V. Shmelev, V.I. Ivchenko, A.V. Talaluev // Engineering Journal: Science and Innovation. — 2021. — No. 4(112). — DOI: https://doi.org/10.18698/2308-6033-2021-4-2070.