Software: FEM - Tutorial - Topologie-Optimierung - mit OC-Verfahren in Z88Arion
Das Optimality-Criterion (OC) Verfahren wird verwendet, um die Steifigkeit eines Bauteils zu maximieren bzw. dessen Nachgiebigkeit zu minimieren. Wie beim Formengenerator von Autodesk Inventor erzeugt das OC-Verfahren einen Designvorschlag für ein Bauteil, der eine minimale Nachgiebigkeit bzw. maximale Steifigkeit in Bezug auf ein vorher festgelegtes relatives Volumen aufweist:
- Es wird davon ausgegangen, dass das Ausgangsbauteil mit vollem Material im gesamten Bauraum die steifste Variante darstellt.
- Es muss ein Bauteilvolumen vorgegeben werden, das am Ende der Optimierung unterschritten werden soll - das sog. Zielvolumen 𝜐·𝑉0. Dabei ist 𝑉0 das Ausgangsvolumen und 𝜐 ist der Füllgrad, der erreicht werden soll.
- Die mathematischen Hintergründe des OC-Verfahrens werden im Z88Arion-Handbuch auf den Seiten 7-11 ausführlich erläutert. Diese Hintergründe stehen für den Formengenerator des Autodesk Inventor in den Hilfedateien nicht zur Verfügung!
Wichtig:
Bevor wir die Verfahren der Struktur-Optimierung von Z88Arion auf unser kerbform-optimiertes Bauteil "Sonde_Zugdreiecke_xx.ipt" anwenden können, müssen wir im Autodesk Inventor die Geometrie in bewährter Form als STEP-Datei "Sonde.stp" in den aktuell genutzten Projektordner exportieren:
- Leider gelang es bei der Ausarbeitung dieser Übung nicht, im Z88Arion die importierte Geometrie zu vernetzen, wenn diese Bohrungen enthielt!
- Deshalb wird im Z88Arion die Befestigung der Sonde auf eine Fixierung der zu erhaltenden hinteren Anlagefläche reduziert, was zu ähnlichen Ergebnissen führt.
- Im Autodesk Inventor müssen dafür vor dem Export der STEP-Datei beide Bohrungen unterdrückt werden (danach darf das Bauteil jedoch nicht gespeichert werden!):
Nach dem Start von Z88Arion erscheint inhaltlich eine vertraute Benutzeroberfläche. Jedoch haben sich die Entwickler für einen dunklen Farbstil entschieden, der zumindest die Lesbarkeit inaktiver Funktionsbutton und Menü-Items erschwert:
- CAD-Import: Nach dem Anlegen einer neuen Projektmappe "FEM6_Z88_OC_xx" (xx ... Teilnehmernummer) und dem Import der Bauteilgeometrie in Form der STEP-Datei zeigt die 3D-Netzdarstellung die daraus generierte Dreieck-Oberfläche der Sonde:
- Materialdefinition: Für den bereits im Autodesk Inventor verwendeten ABS-Kunststoff definieren in der Materialdatenbank unter Beachtung der Maßeinheiten einen neues Material:
- Beachte: In Z88Arion wird eine von Z88Aurora völlig unabhängige Datendatenbank gepflegt. Die gespeicherten Materialdateien sind nicht kompatibel!
- Vernetzung: Die Qualität der Vernetzung sollte ungefähr mit der aus dem Autodesk Formengenerator übereinstimmen, um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten:
- Dabei muss man beachten, dass im Z88Arion nur Tetraeder mit linearer Ansatzfunktion nutzbar sind, während wir im Autodesk Inventor eine Ansatzfunktion höherer Ordnung verwendeten.
- Die Elementgröße sollte also etwas kleiner als im Autodek Inventor gewählt werden (zur Ersparung langwieriger Vernetzungsversuche sollte man z.B. Netgen mit 0.5 mm Elementgröße verwenden)
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