بهینه سازی Optimization

یکی از اصولی ترین بحث های طراحی بخصوص قطعات صنعتی بحث بهینه سازی می باشد. در بسیار از مدل های نرم افزاری ازماژول topology optimization یا بهینه سازی گذر می کردیم حال به توضیح این ماژول می پردازیم.

شکل ۱٫ پروسه بهینه ساری در بهینه سازی

• بهینه سازی از جهت شکل و بهینه سازی از جهت تنش:

همه ما درطراحی به دنبال وضعیتی هستیم که با کمترین وزن و بیشترین بازدهی و هندسه مناسب داشته باشد. بعضی مناطق در مدل برای ما وزن اهمیت دارد بعضی جها سختی و …. هدف رساندن سازه به یک خاصیتی می باشد که ان خاصیت می تواند stiffness باشد یا استحکام، یا تنش ماکزیزمم کم شود یا وزن کم شود یا هرخاصیتی دیگر، اینها اهدافی هستند که ما به دنبال انهاییم.

در نرم افزار اباکوس دو بخش کلی shape optimization و topology optimization وجود دارد.

topology optimization شکل سازه را تغییر می دهد به عنوان مثال کاهش جرم در سازه، و در مقابل میخواهیم پارامتری را ماکزیمم کنیم مثلا stiffness در سازه یا فرکانس های طبیعی را افزایش دهیم. در topology optimization شکل تقریبی از سازه ایجاد می گردد، در این مرحله المان ها حذف می شوند.

در مقابل topology optimization گزینه shape optimization وجود دارد، که در این مرحله یک سری نود های بر روی یک سری سطوح جابه جا می شوند که قرار است تنش یا تمرکز تنش در سازه کم شود. به صورت کلی بعد از topology optimization به یک شکل میرسیم.این شکل از جهت طراحی stiffness خوبی ممکن است داشته باشد و حجم نیز کم شده باشد ولی در جاهایی هنوز تمرکز تنش وجود دارد.

برای حذف تمرکز تنش در روی یک سطح نود ها را جابه جای می کنیم، نود ها انقدر جابه جای می شوند تا تمرکز تنش کم شود ، به عنوان مثال در این شکل ۱۸ درصد کاهش تمرکز تنش داشته ایم.

شکل ۲٫ کاهش ۱۸ درصدیس تمرکز تنش از جهت جابه جایی نود ها روی سطوح

در بحث بهینه سازی با نرم افزار اباکوس خاصیت های که میتوان تعریف کرد شامل می باشند.

• strain energy (a measure of structural stiffness)
• eigenfrequencies
• internal and reaction forces
• weight and volume
• center of gravity

• moment of inertia

در بحث بهینه سازی با هر روش که بخواهیم انجام دهیم ابتدا باید اهداف مشخص شوند این اهداف هرکدام اصولی دارند و باید دقیق مشخص شوند به عنوان مثال:

سازه ای و میخواهیم stiffness بالایی باشد.

این خاصیت مناسبی برای بهینه سازی نیست، بلکه باید بگوییم stiffness بخشی از سازه در جهت z یا x یا هر جهتی دیگر در این طول چه مقداری داشته باشد.

سازه ما یک سازه خوب در برابر بارهای ارتعاشی باشد.

این نیز خاصیتی مناسب نمی باشد.

• اهداف صحیح:

در فرکانس طبیعی اول سیستم در سازه به حداکثر خودشان برسند یا مجموع انها حداکثر شود. در اباکوس این خاصیت ها اسکالر تعریف می شوند در واقع نهایتا شما دو اسکالر را می توانید تعریف کنید. یا ماکزیمم کنید یا مینیمم، نمیتوانید هرانچه خواستید به عنوان تابع هدف تعیین کنید مثلا در بحث ارتعاشات اگر دو فرکانس اول سیستم را بخواهیم، جمع این دو فرکانس که یک اسکالر است را کم یا زیاد کند، البته یک rate یا تلرانسی نیز می توان برای انها تعیین نمود.

تعریف هدف و خاصیت مهمترین بخش پروسه بهینه سازی است، به عنوان مثال میدانیم یک سازه استاتیکی باید جابه جایی کمی داشته باشد یا stiffness بالایی داسته باشد یا وزن را میخواهیم به حداقل ممکن برسانیم.

در کنار اهداف ما قید داریم، مثلا جابه جایی چه مقداری باشد، این یک قید است تا یک نامساوی ارضا شود.

• design area

منظه ای که قرار است در آن بهینه سازی انجام شود

• design objective

متغیری که در طراحی دراریم در قسمت topology optimization حذف المان داریم و در قسمت shape optimization جابه جایی نو دهار در روی سطح

• cycle

شامل یک تکرار از روند بهینه سازی می باشد، یک تکرار شامل تغییرات در حجم المان ها می باشند این سیکل ها میتواند ۲ یا ۱۰ یا ۱۰۰ باشند هرچه تعداد سیکل ها بالا تر باشد ححم محاسباتی نیز بالا تر است.

شکل ۳٫ کاهش حجم و حذف المان های در طی سیکل های متفاوت جهت بهینه سازی از جهت جرم

• task

مانند یک مدل است که تهایت submit و run می شود.

• optimization task

میتوان task های مختلف بیهنه سازی را ساخته و و بعد از ران کردن دوباره تعریف کنید.