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Lastgerechter Bauteilentwurf mit Hilfe der ANSYS Topologieoptimierung

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​Die Entwicklung hochfester Materialien und die ständige Forderung nach Kostensenkung und Gewichtsreduktion erfordern neue Lösungswege und Strategien im Konstruktionsprozess innovativer Bauteile. Der Schlüssel zu einer optimalen Struktur ist hierbei die Identifikation der maßgeblichen Lastpfade.
Mit der ANSYS Topologieoptimierung stellt ANSYS ein numerisches Werkzeug zur Verfügung, welches eine optimale Materialverteilung hinsichtlich eines vordefinierten Designraums berechnet. Dabei sollten sowohl mechanische Belastungen (statisch / dynamisch) als auch Beschränkungen (konstruktiv / fertigungsbedingt) berücksichtigt werden. Dieses Seminar zeigt Ihnen die vollständige Integration in ANSYS Workbench, welche einen strukturierten und intuitiven Arbeitsprozess zur Erzeugung solcher topologieoptimierter Strukturen möglich macht. Mindestens genauso wichtig ist die Überarbeitung und CAD-Rückführung des gefundenen Designvorschlages, was Sie mit den Werkzeugen von ANSYS SpaceClaim Direct Modeler erlernen werden.

ZIELGRUPPE

​Dieses Seminar richtet sich an Konstrukteure und Entwicklungsingenieure. Die Topologieoptimierung ist im Lizenzumfang von ANSYS DesignSpace bis hin zu ANSYS Mechanical Enterprise automatisch mit enthalten. Wir verwenden außerdem ANSYS SpaceClaim sowie das Faceted Data Tool Kit, wofür Sie jedoch keine Vorkenntnisse mitbringen müssen.

IHR NUTZEN

​Nach dem Seminar wissen Sie, wie Sie für statische und dynamische Aufgabenstellungen die Optimierungsaufgabe formulieren müssen, wie Sie das Ergebnis der Topologieoptimierung auf STL Ebene aufbereiten und wie Sie anschließend eine brauchbare CAD erzeugen können. Die vielen Beispiele vermitteln dabei diese Aufgaben nicht nur theoretisch, sondern ermöglichen einen schnellen Transfer der Themen auf die eigenen Praxisaufgaben.

Agenda

Tag 1

M1: Material entlang der Lastpfade

  • ​Anwendungsgebiete der Topologieoptimierung
  • Was steckt dahinter? Erläuterung der Optimierungsmethoden
  • Ablauf in ANSYS Workbench
  • Gemeinsames Übungsbeispiel einer 2D Michell-Struktur

M2: Grundlegende Definitionen in der Statik

  • ​Zielfunktionen in der Statik
  • Grundlegende Optimierungs- und Fertigungsrestriktionen
  • Berücksichtigung mehrerer Lastfälle am Beispiel einer Motorhalterung
  • Min. Nachgiebigkeit vs. min. Masse am Beispiel eines Ventil-Triebs

M3: Der Weg zurück in die Konstruktion

  • ​Wie gelingt der Übertrag des optimierten Ergebnisses in ein CAD System?
  • Gemeinsame STL Aufbereitung mit dem Faceted Data Toolkit
  • Schnelle und direkte Rückführung des bearbeiteten STL in eine dreiecksflächenbasierte CAD
  • Berechnung des optimierten Designs mit einem Validierungssystem

M4: Möglichkeiten der Geometrierückführung

  • ​Rekonstruktion der optimierten Struktur mit NURBS-Flächen/Kurven
  • Rekonstruktion mit extrahierten und vereinfachten Querschnitten
  • Gestaltung des Übergangs zwischen Regel-CAD und NURBS-Flächen
  • Gemeinsame Übung am Teilausschnitt einer Autofelge

M5: Workshop: Blattaufnahmeanlenkung eines Helikopters

  • ​Selbständiger, übungsgesteuerter Rückblick auf das Gelernte vom Vortag
  • Definition und Berechnung der Topologieoptimierung
  • Geometrierückführung durch Querschnittsextraktion und NURBS-Flächen
  • Validierungsrechnung und Vergleich mit der ursprünglichen Struktur

M6: Erweiterte Definitionen in der Statik

  • ​Beispiele zu erweiterten Definitionen der Statik, wie z.B. Auszugsrichtung oder Symmetrie
  • Vorgehensweisen zur Definition der Optimierungsaufgabe
  • Tieferes Verständnis durch Konvergenzgraphen
  • Tipps und Tricks

M7: Topologieoptimierung in der Dynamik

  • ​Exkurs in die Dynamik: Die Modalanalyse
  • Zielfunktionen in der Dynamik
  • Optimierungs- und Fertigungsrestriktionen in der Dynamik
  • Maximierung von Eigenfrequenzen am Beispiel eines Ventiltriebs

M8: Topologieoptimierung in Statik und Dynamik, Ausblick auf weitere Themen

  • ​Gleichzeitige Berücksichtigung von statischen und dynamischen Anforderungen
  • Zusammenführung topologieoptimierter Bauteile über den Assembly Manager
  • Ausblick auf sogenannte Latticestrukturen erzeugt mithilfe einer Pseudodichtenverteilung
  • Gemeinsame abschließende Diskussion

HINWEIS

Dieses Seminar ist Bestandteil unserer 3-teiligen Seminarreihe zur additiven Fertigung. Direkt zuvor findet das Seminar "Innovation durch 3D-Druck" und direkt im Anschluss "Prozesssimulation für die additive Fertigung" statt.

ERGÄNZENDE VERANSTALTUNGEN