Software: CAD - Tutorial - Optimierung - Probabilistik Experiment
Streuungen im Experiment
Den OptiY-Experimentworkflow für die Toleranz-Analyse kann man unabhängig von der konkret verwendeten Methode der statistischen Versuchsplanung definieren:
- Als Grundlage verwenden wir wieder ein bereits konfiguriertes Experiment. Durch Duplizieren erzeugen wir aus der "Lokalen Suche" ein neues Experiment "Toleranzanalyse".
- Bevor wir den duplizierten Workflow bearbeiten können, müssen wir das zugehörige Experiment als Startup-Experiment wählen.
- Die vorhandenen Nennwerte löschen wir.
- Wir ergänzen stattdessen die drei erforderlichen Toleranz-Größen mittels Einfügen > Entwurfsparameter > Streuungen:
- Die Namen der Streuungen versehen wir einheitlich mit einem nachgestellten "Unterstrich" (in Analogie zum vorangestellten "Unterstrich" der Ausgangsgrößen).
- Die Zuordnung der Streuungen zu den Modell-Parametern erfolgt analog zur Zuordnung der Nennwerte. Jedoch sind in unserem Beispiel einige Besonderheiten zu beachten, so dass wir schrittweise vorgehen.
Es werden folgende Toleranzwerte angenommen:
- Toleranz (Dicke) = ±0,05 mm (Absolutwert)
- Toleranz (Breite) = ±0,05 mm (Absolutwert)
- Toleranz (E_Modul) = ±5 % (Relativwert bezogen auf den Nennwert)
Achtung: Die nachfolgenden Abschnitte der Übungsanleitung sind noch nicht überarbeitet!!!
Masz-Toleranzen der Biegefeder
Die Streuungen Dicke_ und Breite_ verbinden wir mit den gleichen Parametern t_xx und b_xx des CAD-Modells, denen zuvor die Nennwerte Dicke und Breite zugeordnet waren. Im Experiment-Browser konfigurieren wir die Eigenschaft der Längen-Streuung:
- Bei der Eingabe aller Werte müssen wir die vorgegebene Maßeinheit cm berücksichtigen!
- Die aktuellen Werte aus der Datei des CAD-Modells wurden beim Verbinden als Nennwerte der Streuungen übernommen, was im Beispiel für die Versuchsplanung falsch ist:
- Wir müssen die zuvor ermittelten optimalen Nennwerte benutzen (im Beispiel Dicke=0,04935 cm und Breite=0,648819 cm). Diese dienen dann als Toleranzmittenwerte für die Streuungen.
- Dies gilt auch für die Nennwerte im virtuellen Entwurf (die wir später noch betrachten).
- Entwurfsparameter=False bedeutet, dass bei einer Toleranz-Optimierung dieser Nennwert nicht verändert wird.
Prozentuelle Genauigkeit des E-Modul
Bei den vorherigen Maßtoleranzen handelt es sich um absolute Toleranzwerte. Die Toleranz des E-Moduls wird jedoch in Prozent bezogen auf den Nennwert angegeben:
1. Absolute Toleranzen
- Die Toleranz als Streubreite um das Toleranzmittenmaß ist unabhängig vom Toleranzmittenmaß.
- Diese Unabhängigkeit muss zumindest im betrachteten Maßbereich zutreffen.
- Maßtoleranzen sind im Allgemeinen absolute Toleranzen, solange die Fertigungsgenauigkeit nicht vom Nennmaß selbst abhängt.
2. Relative Toleranzen
- Toleranzen von funktionellen Kennwerten werden häufig als Toleranzbreiten in Prozent bezogen auf den Nennwert angegeben (z.B. für elektrische Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten, aber auch für mechanische Federn und Materialparameter).
- Für eine Toleranz-Analyse einer aktuellen Lösung kann man die relativen Toleranzen in absolute Werte der aktuellen Toleranzbreiten umrechnen. Das könnte in unserem Beispiel auch manuell erfolgen.
- Diese Umrechnung sollte jedoch möglichst automatisch ablaufen, damit sie für beliebige Nennwerte funktioniert.
- OptiY benötigt in der aktuellen Version zur Beschreibung der Toleranzbreiten Absolutwerte unabhängig von den zugehörigen Nennwerten. Die "automatische" Umrechnung kann also nur im CAD-Modell erfolgen.
Günstig ist eine Normierung des Nennwertes des E-Moduls (der Wert 1 entspricht 100%). Die normierte Toleranz der Streuung des E-Moduls beschreibt dann analog mit dem Wert 1 eine Toleranz von 100% (entspricht ±50% um den Nennwert):
- Achtung: Es existiert zwar ein Modell-Parameter E_Modul im CAD-Modell. Aber dabei handelt sich um eine Variable, welche innerhalb des CAD-Modells mit dem Wert des E-Moduls des gewählten Materials belegt wird. Den Wert dieses "Parameters" darf OptiY nicht überschreiben!
- Wir benötigen deshalb im CAD-Modell einen zusätzlichen Parameter E_Modul_rel=1 für den relativen Wert des aktuell wirksamen E-Moduls in 100%. Unter Berücksichtigung dieses Parameters muss dann der aktuelle Wert des E-Moduls berechnet werden.
Wichtig: Bevor wir Autodesk Inventor zur Änderung des CAD-Modells starten, schließen wir OptiY und beenden mit dem Windows Taskmanager eventuell noch aktive Prozesse der Inventor.exe!
- Den Benutzerparameter E_Modul_rel=1 definieren wir ohne Einheit.
- In der Regel "Berechnung" ergibt sich dann der aktuell wirksame E-Modul wie folgt:
E_Modul = E_Modul_rel*ThisDoc.Document.ComponentDefinition.Material.YoungsModulus * 1000000000
- Nach dem Speichern des Bauteils beenden wir Autodesk Inventor.
Wichtig: Nach jeder Änderung des CAD-Modells muss man die CAD-Datei im Experiment-Workflow des OptiY erneut öffnen. Erst dann erscheint im Beispiel der neue Benutzerparameter als Modellparameter für die Verknüpfung mit der Input-Größe E_Modul_:
Danach sollte die Verknüpfung des Eingangs E_Modul_ mit dem Modellparameter E_Modul_rel kein Problem darstellen: Bis auf die statistische Versuchsplanung ist das Experiment für die probabilistische Simulation nun konfiguriert.