Software: FEM - Tutorial - Topologie-Optimierung - mit Formengenerator

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"Formen-Generator" (in Autodesk Inventor)

Aktivierung des Formengenerator

Autodesk Inventor bietet mit dem sogenannten "Formengenerator" die Möglichkeit der Topologie-Optimierung abgegrenzter Bereiche eines Bauteils. Diese Möglichkeit soll genutzt werden, um den Bauraum an der Einspannseite der Sonde durch eine optimierte Topologie im Sinne einer Leichtbauweise material-sparend zu gestalten.

Von unserem Kerbform-optimierten CAD-Modell "Sonde_Zugdreiecke_xx.ipt"erzeugen wir im Autodesk Inventor mittels "Speichern unter" eine Datei "Sonde_Leichtbau_xx.ipt" im aktuellen Projekt-Ordner, mit der wir die Topologie-Optimierung vornehmen:

• Über das Kontextmenü (rechte Maustaste) der Studie kann man die "Studieneigenschaften bearbeiten" und wählt dort die Option "Formen-Generator".
• In der Baumstruktur des Formen-Generators erscheinen zusätzlich zu den aus der normalen Belastungsanalyse übernommenen Konfiguration zwei neue Aspekte für die Topologie-Optimierung (Definition der beizubehaltenden Bereiche und der zu berücksichtigenden Symmetrieebenen):
  

Definition beizubehaltender Bereiche

Der Sensorhebel mit dem kerbform-optimierten Übergang zum Einspannbereich des Sensors soll durch die Topologie-Optimierung nicht mehr verändert werden:

• MFL > Bereich beibehalten öffnet einen Dialog zur Maskierung beizubehaltender Bereiche in Form von Quadern oder Zylindern:
  
• Solange es sich nicht um Freiform-Körper handelt, kann die Ausrichtung dieser Maskierungsörper entlang von Bauteil-Flächen erfolgen.
• Nach Aktivierung der Funktionen "Verschieben" bzw. "Größe" ändern, erscheinen Griffe am Maskierungskörper, mit denen man die gewünschten Bereiche für eine Veränderung sperren kann.
• Eine exakte Abdeckung des Bereichs kann man durch Ändern der zuvor grob eingestellten Maße der Größe und des Mittelpunktes erreichen.
• Wichtig: Die mittels Zugdreiecken formoptimierte Kerbe auf der Einspannseite des Sensorhebels muss komplett erhalten bleiben!

An den Befestigungsbohrungen muss hinreichend viel Material erhalten bleiben. Dabei muss man unterscheiden zwischen dem Stift-Loch und der Gewindebohrung:

• Das Gewindeloch muss komplett erhalten bleiben, um eine stabile Befestigung mittels einer Schraube zu gewährleisten. Dafür ist ein zylindrischer Bereiche zu definieren:
  
• Das Stiftloch dient nur zur Führung vor dem Verschrauben und dann als Verdrehsicherung. Hierfür sollte es genügen, einen hinreichend großen Bereich an der hinteren Anlagefläche zu erhalten. Ein separater zylindrischer Sperr-Bereich für das Stiftloch ist also nicht erforderlich.

Beibehaltung von Flächen:
Bei den beizubehaltenden Bereichen handelt es sich immer um Teil-Volumina des Bauteils. Häufig sollen jedoch bestimmte Funktionsflächen erhalten bleiben, ohne dass man das Volumen dahinter von vornherein festlegt. Der Formen-Generator von Autodesk Inventor benötigt dafür trotzdem z.B. dünne Quader an diesen Flächen:

• Im Beispiel sollen die farblich markierten Flächen als Anlagefächen für die Einspannung erhalten bleiben:
  
• Dafür muss man zwei zusätzliche ca. 1 mm "flache" Quader an den beizubehaltenden Flächen definieren.
• Dabei genügt für die hintere Anlagefläche der Bereich einschließlich der Gewindebohrung.

Optimierung und Ergebnis-Analyse

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