 |
بهینه سازی هندسه براکت وارداتی – با عبارات پارامتر
معرفی
در برخی از زمینه های کاربردی، تمرکز زیادی بر کاهش وزن وجود دارد. به عنوان مثال، این مورد در صنعت خودروسازی است که در آن هر گرم یک برچسب قیمت مشخص دارد.
براکت در این آموزش برای نصب یک قطعه سنگین بر روی پایه لرزان استفاده می شود. بنابراین مهم است که فرکانس طبیعی را به خوبی بالاتر از فرکانس تحریک نگه دارید تا از تشدید جلوگیری شود. براکت همچنین تحت بارهای ضربه ای قرار می گیرد که می تواند به عنوان یک بار شتاب استاتیک در نظر گرفته شود. این یک مسئله بهینه سازی می دهد، جایی که نتایج حاصل از دو نوع مطالعه مختلف باید به طور همزمان در نظر گرفته شوند. در این مثال، با تغییر اندازه و محل سه سوراخ روی براکت، وزن یک براکت نصب کاهش می‌یابد، با توجه به حد بالایی بر روی تنش‌ها و کران پایینی در اولین فرکانس طبیعی.
در این آموزش، هندسه براکت را از یک فایل CAD وارد می‌کنید و از عملیات Offset Faces و Transform Faces به عنوان راهی برای پارامترسازی مجدد سوراخ‌های موجود در براکت به منظور جابجایی و تغییر اندازه آنها استفاده می‌کنید.
بخشی جدایی ناپذیر از راه اندازی بهینه سازی، تعیین محدودیت های هندسی یا طراحی است، که در این مورد مطمئن می شود که سوراخ ها در نزدیکی یکدیگر یا لبه های براکت قرار نخواهند گرفت. یکی از راه هایی که می توانید به این هدف دست یابید، تعریف محدودیت ها به عنوان عبارات پارامتر بر اساس روابط هندسی، و ابعاد واقعی هندسه است. سپس می توانید عبارات و محدوده مجاز آنها را در قسمت محدودیت تنظیمات مطالعه بهینه سازی وارد کنید. سپس می‌توان حل‌کننده را طوری تنظیم کرد که محدودیت‌های طراحی را قبل از اجرای مسئله رو به جلو ارزیابی کند، و اگر یک عبارت محدودیت خارج از محدوده باشد، حل‌کننده به تکرار بعدی ادامه می‌دهد.
آموزش بهینه‌سازی هندسه براکت وارداتی – با اندازه‌گیری ابعاد، روشی جایگزین برای تنظیم محدودیت‌های هندسی با استفاده از اندازه‌گیری ابعاد و ویژگی‌های بررسی پارامتر در دنباله هندسه برای لغو ساخت هندسه، و حل مشکل رو به جلو برای آنها نشان می‌دهد. ترکیبی از پارامترهای کنترلی که یک محدودیت برای آنها خارج از محدوده مجاز است.
توجه: این برنامه به ماژول بهینه سازی، ماژول مکانیک سازه و ماژول طراحی نیاز دارد.
تعریف مدل
براکت اصلی همراه با یک جزء نصب شده طراحی شده در شکل 1 نشان داده شده است . براکت از فولاد ساخته شده است.
قطعه ای که در مقایسه با براکت می تواند سفت و سخت در نظر گرفته شود، مرکز ثقل آن در مرکز برش دایره ای در براکت است. جرم آن 4.4 کیلوگرم است، ممان اینرسی حول محور طولی آن 7.1 · 10-4 kg·m2 و ممان اینرسی حول دو محور عرضی 9.3· 10-4 kg· m2 است .
شکل 1: براکتی که از یک جزء سنگین پشتیبانی می کند.
ما می توانیم وزن براکت را با سوراخ کردن سطح عمودی براکت و بهینه سازی اندازه و قرارگیری سوراخ ها کاهش دهیم. این کار با افزودن عملیات هندسه Offset Faces و Transform Faces برای پارامترسازی مجدد حفره ها در هندسه براکت وارد شده انجام می شود.
پارامترهای بهینه سازی
پنج پارامتر هندسی در بهینه سازی استفاده می شود. آنها در جدول 1 خلاصه شده و در شکل 2 نشان داده شده است .
پارامتر | شرح | حد پایین (میلی متر) | حد بالایی (میلی متر) |
RC | شعاع سوراخ مرکزی | 3 | 15 |
ZCO | فاصله عمودی از خم تا لبه سوراخ مرکزی | 1 | 23 |
RO | شعاع سوراخ بیرونی | 3 | 15 |
باغ وحش | فاصله عمودی از خم تا لبه سوراخ بیرونی | 8 | 30 |
YOO | فاصله افقی از لبه براکت تا سوراخ بیرونی | 3 | 29 |
شکل 2: پارامترهای هندسی که در مطالعه بهینه شده اند.
هنگام بررسی نحوه تنظیم پارامترهای کنترلی برای بهینه سازی، دو مسیر ممکن وجود دارد. در اینجا ما شعاع ها و موقعیت های واقعی سوراخ ها را بهینه می کنیم. یک گزینه جایگزین، تعریف پارامترهای کنترلی است که جابجایی های مربوط به هندسه اصلی است که از فایل CAD وارد می شود.
در دنباله هندسی، یک گره Transform Faces اضافه می‌شود تا هم موقعیت و هم شعاع تعیین شده توسط یک ضریب مقیاس‌پذیری سوراخ مرکزی را تغییر دهد. با استفاده از عمل Transform Faces می توانیم با اعمال تبدیل خطی (جابجایی، چرخش و پوسته پوسته شدن همسانگرد) روی وجه سوراخ ها را جابجا کرده و اندازه سوراخ ها را تغییر دهیم. برای سوراخ‌های بیرونی، یک گره Offset Faces اضافه می‌کنیم تا شعاع سوراخ‌ها را تغییر دهیم و دو عملیات Transform Faces را اضافه می‌کنیم تا سوراخ‌ها را جابجا کنند. با استفاده از عملیات Offset Faces، اندازه سوراخ های روی براکت را با جابجایی وجه های سوراخ در جهت عادی تغییر می دهیم.
محدودیت ها
محدودیت ها را می توان به محدودیت های فیزیکی و محدودیت های هندسی تقسیم کرد.
محدودیت های فیزیکی به صورت زیر تعریف می شوند:
• | کمترین فرکانس طبیعی باید حداقل 60 هرتز باشد. |
• | هنگامی که در معرض حداکثر شتاب 4 گرم در هر سه جهت جهانی به طور همزمان، تنش موثر در هیچ کجا مجاز نیست بیش از 80 مگاپاسکال باشد. این معیار غیرقابل تمایز است زیرا محل تنش اوج می تواند از یک مکان به مکان دیگر بپرد. بنابراین باید از یک الگوریتم بهینه سازی بدون گرادیان استفاده شود. |
محدودیت های هندسی باید اطمینان حاصل کنند که باید حداقل 3 میلی متر از مواد بین دو سوراخ یا بین یک سوراخ و یک لبه وجود داشته باشد. این معیار از طریق محدودیت در پارامترهای کنترل و به عنوان محدودیت اعمال می شود.
حل کننده COBYLA از نمونه برداری در فضای متغیر کنترلی برای تقریب تابع هدف، محدودیت ها و محدوده متغیر کنترل استفاده می کند. نمونه های منفرد ممکن است خارج از محدوده و با نقض محدودیت ها محاسبه شوند. بنابراین، مهم است که هندسه را به گونه‌ای تنظیم کنیم که با توجه به محدودیت‌های (کوچک) و نقض کران، قوی باشد.
مرزها و قیود خطی معمولاً به دقت بالا در نقطه بهینه که توسط حل‌کننده بازگردانده می‌شود برآورده می‌شوند، اما محدودیت‌های غیرخطی اغلب کمی نقض می‌شوند. دلیل آن این است که حل کننده تمایل دارد از خارج از دامنه امکان پذیر همگرا شود و قبل از برآورده شدن کامل محدودیت ها به پایان می رسد. تشدید تلورانس های حل کننده، نقض محدودیت را کاهش می دهد، اما اغلب ارزش تلاش محاسباتی را ندارد. بهتر است محدودیت ها را با حاشیه ایمنی مشخص کنید.
محدودیت های هندسی
محدودیت های هندسی در شکل 3 نشان داده شده و در جدول 2 خلاصه شده است .
شکل 3: محدودیت های هندسی.
همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، محدودیت های هندسی به گونه ای تنظیم شده اند که فضاهای بین موجودیت های هندسی مختلف در محدوده های خاص محدود می شوند. این مهم است زیرا ما نمی خواهیم قسمت های بسیار شکننده هندسه داشته باشیم که در هنگام بارگذاری شکسته شوند و می خواهیم شکل اصلی هندسه را حفظ کنیم. در اینجا، چهار محدودیت هندسی مختلف را در نظر می گیریم که در جدول 2 خلاصه شده است .
پارامتر | شرح | حد (میلی متر) |
d_O_Cmp | فاصله بین لبه سوراخ بیرونی و جزء | 3 |
d_O_O | فاصله بین لبه های دو سوراخ بیرونی | 3 |
d_O_C | فاصله بین لبه های سوراخ های بیرونی و مرکزی | 3 |
d_C_Cmp | فاصله بین لبه های سوراخ مرکزی و جزء | 3 |
محدودیت‌های هندسی به حل مسئله رو به جلو بستگی ندارند و توسط حل‌کننده بهینه‌سازی محدودیت‌های طراحی در نظر گرفته می‌شوند. با انتخاب اجرای دقیق محدودیت‌های طراحی در تنظیمات مطالعه بهینه‌سازی، حل‌کننده تمام محدودیت‌های طراحی را قبل از اجرای مسئله رو به جلو ارزیابی می‌کند. اگر محدودیت‌های غیرقابل اجرا یافت شوند، مشکل رو به جلو اجرا نمی‌شود و حل‌کننده بهینه‌سازی به تکرار بعدی می‌رود.
نتایج و بحث
هندسه اولیه مورد استفاده در بهینه سازی در شکل 4 نشان داده شده است . سه سوراخ نسبتا کوچک معرفی شده است.
شکل 4: هندسه اولیه.
مقادیر بهینه پارامترهای هندسی در جدول 3 نشان داده شده است .
پارامتر | مقدار بهینه (MM) | حد پایین (میلی متر) | حد بالایی (میلی متر) |
RC | 5.16 | 3 | 15 |
ZCO | 4.94 | 1 | 23 |
RO | 9.66 | 3 | 15 |
YOO | 4.99 | 3 | 29 |
باغ وحش | 16.89 | 8 | 30 |
وزن براکت بهینه شده حدود 189 گرم است که 15 گرم از 204.10 گرم اصلی کاهش یافته است. تنش های ناشی از بار ضربه ای بر روی هندسه بهینه شده در شکل 5 نشان داده شده است .
شکل 5: تنش ها در اوج بار در طرح بهینه شده.
راه حل بهینه سه سوراخ نسبتا بزرگ می دهد.
چندین ترتیب احتمالی از سوراخ ها وجود دارد که باعث کاهش وزن یکسان در یک تحمل کوچک می شود. بنابراین ممکن است که متغیرهای طراحی همیشه در همگرایی یکسان نباشند.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
هندسه براکت از یک فایل CAD ذخیره شده در فرمت STEP وارد می شود.
قطعه نصب شده روی براکت با جزئیات مدل سازی نشده است. با یک اتصال صلب با خواص اینرسی معادل جایگزین شده است.
مسیر کتابخانه برنامه: Design_Module/Tutorial_Examples/bracket_import_optimization_expressions
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Structural Mechanics>Solid Mechanics (جامد) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Eigenfrequency را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
گره Parameters 1 شامل عبارات پارامتر مورد استفاده برای تنظیم مدل است. اینها شامل پارامترهای با نسخه اصلی، با توجه به فایل CAD وارد شده، مقادیر ابعاد برای ویژگی‌هایی که در حال بهینه‌سازی هستیم، عبارات پارامتر مورد استفاده در عملیات افست و تبدیل چهره‌ها که هندسه را تغییر می‌دهند، عبارات پارامتر برای محدودیت‌های هندسی و پارامترهای مورد استفاده برای تنظیمات فیزیک عبارات موجود در فایلی که در مدل بارگذاری می کنید به گونه ای تعریف شده اند که پارامترهای کنترلی برای بهینه سازی، شعاع و موقعیت سوراخ پیچ واقعی باشد (یعنی نه جابجایی نسبت به فایل CAD وارد شده).
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل bracket_import_optimization_expressions_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Parameter Case کلیک کنید . |
ایجاد یک مورد پارامتر برای پارامترهای طراحی اصلی هنگام مقایسه هندسه براکت بهینه شده و اصلاح نشده مفید خواهد بود.
6 | در پنجره تنظیمات برای Case ، مقدارهای اصلی را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
هندسه 1
هندسه براکت برای این آموزش در قالب STEP ذخیره شده است. مطمئن شوید که از هسته هندسی ماژول CAD Import استفاده شده است.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، قسمت Advanced را پیدا کنید . |
3 | از لیست نمایش هندسه ، هسته CAD را انتخاب کنید . |
واردات 1
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  واردات کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید . |
3 |  روی Browse کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل bracket_import_optimization_geom.step دوبار کلیک کنید . |
5 | از لیست واحد طول ، از سند CAD را انتخاب کنید . |
با این گزینه، واحد طول هندسه مدل به طور خودکار روی واحد موجود در فایل وارد شده، در این مورد، میلی متر تنظیم می شود. در غیر این صورت، می توانید به صورت دستی واحد طول را در پنجره Settings برای گره Geometry مشخص کنید .
6 |  روی Import کلیک کنید . |
سیستم مختصات – سوراخ مرکزی
سپس، صفحات کار را برای دو سوراخ بیرونی و سوراخ مرکزی تنظیم کنید. اینها سیستم مختصاتی را که برای تغییر اندازه و موقعیت حفره با استفاده از عملیات Transform Faces استفاده خواهید کرد، تعریف می کنند.
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، Coordinate System – Central Hole را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Plane Definition را پیدا کنید . از لیست نوع هواپیما ، Circle perpendicular را انتخاب کنید . |
4 | در شی imp1 ، Edge 91 only را انتخاب کنید.  |
5 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
سیستم مختصات – سوراخ بیرونی 1
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، Coordinate System – Outer Hole 1 را در قسمت نوشتاری Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Plane Definition را پیدا کنید . از لیست نوع هواپیما ، Circle perpendicular را انتخاب کنید . |
4 | در شی imp1 ، فقط Edge 99 را انتخاب کنید. |
5 | تیک Reverse normal direction را انتخاب کنید .  |
6 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
سیستم مختصات – سوراخ بیرونی 2
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات صفحه کار ، Coordinate System – Outer Hole 2 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Plane Definition را پیدا کنید . از لیست نوع هواپیما ، Circle perpendicular را انتخاب کنید . |
4 | در شی imp1 ، Edge 81 only را انتخاب کنید.  |
5 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
Z جابجایی و مقیاس بندی – سوراخ مرکزی
برای تغییر سوراخ مرکزی، عملیات Transform Faces را به دنباله هندسی اضافه می کنید. با استفاده از این ویژگی می توانید هم سوراخ را جابجا کنید و هم شعاع آن را با مقیاس گذاری تغییر دهید.
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Editing کلیک کنید و Transform Faces را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تبدیل چهره ها ، Z Displacement and Scaling – Central Hole را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در شی imp1 ، فقط مرزهای 31 و 32 را انتخاب کنید.  |
4 | قسمت Coordinate System را پیدا کنید . از لیست صفحه کار ، Coordinate System – Central Hole را انتخاب کنید . |
5 | بخش Scaling را پیدا کنید . در قسمت متن Factor ، scaleRC را تایپ کنید . |
6 | قسمت Displacement را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، ZCOdisp را تایپ کنید . |
7 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
افست – سوراخ های بیرونی
برای دو سوراخ بیرونی، از عملیات Offset Faces برای تغییر شعاع استفاده کنید. توجه داشته باشید که فقط یک عملیات Offset Faces مورد نیاز است زیرا سوراخ ها شعاع یکسانی دارند. و دو عملیات Transform Face برای جابجایی هر سوراخ به طور جداگانه.
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Editing کلیک کنید و Offset Faces را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Offset Faces ، Offset – Outer Holes را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در شی tf1 ، فقط مرزهای 28، 29، 34 و 35 را انتخاب کنید.  |
4 | قسمت Offset را پیدا کنید . در قسمت متن فاصله ، ROoff را تایپ کنید . |
5 | تیک Reverse side را انتخاب کنید . |
6 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
جابجایی – سوراخ بیرونی 1
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Editing کلیک کنید و Transform Faces را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تبدیل چهره ها ، Displacement – Outer Hole 1 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در شیء خاموش 1 ، فقط مرزهای 34 و 35 را انتخاب کنید.  |
4 | قسمت Coordinate System را پیدا کنید . از لیست صفحه کار ، Coordinate System – Outer Hole 1 را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Displacement را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، ZOOdisp را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن zw ، YOOdisp را تایپ کنید . |
7 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
جابجایی – سوراخ بیرونی 2
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Editing کلیک کنید و Transform Faces را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تبدیل چهره ها ، Displacement – Outer Hole 2 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در شی tf2 فقط مرزهای 28 و 29 را انتخاب کنید.  |
4 | قسمت Coordinate System را پیدا کنید . از لیست صفحه کار ، Coordinate System – Outer Hole 2 را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Displacement را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، ZOOdisp را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن zw ، YOOdisp را تایپ کنید . |
7 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
صفحه کار 4
شما یک صفحه کاری جدید را تعریف خواهید کرد که از آن برای پارتیشن بندی براکت استفاده خواهید کرد زیرا ارزیابی حداکثر تنش فقط برای قسمت بالایی براکت مورد نیاز است.
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | از لیست هواپیما ، yz-plane را انتخاب کنید . |
4 | از لیست نوع Offset ، Through vertex را انتخاب کنید . |
5 | زیربخش راس Offset را پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن فعال کردن انتخاب کلیک کنید .  |
6 | در شی tf3 ، فقط نقطه 18 را انتخاب کنید.  |
7 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
اشیاء پارتیشن 1
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Partition Objects را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی tf3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای اشیاء پارتیشن ، قسمت اشیاء پارتیشن را پیدا کنید . |
4 | از فهرست پارتیشن با ، صفحه کار را انتخاب کنید . |
5 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
در این مرحله، تنظیم هندسی آماده است، به جز برای افزودن یک محافظ در صورتی که لبه‌های سوراخ مرکزی و لبه‌های وجوهی که تورفتگی را مشخص می‌کنند، قطع یا به هم نزدیک شوند. این ممکن است منجر به لبه های بسیار کوتاه یا نواحی باریک صورت شود که ممکن است به سختی مشبک شوند. از آنجایی که لبه‌های تورفتگی چهره‌های پیوسته را به هم متصل می‌کنند، می‌توانیم از عملیات مجازی نادیده گرفتن لبه‌ها برای مخفی کردن آنها از مشر استفاده کنیم و از هرگونه مشکل مشبک‌سازی بالقوه جلوگیری کنیم. ابتدا، انتخاب‌های مبتنی بر مختصات ایجاد کنید که حاوی لبه‌های چهره‌های تورفتگی هستند.
تورفتگی لبه های چپ
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Box Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به Box Selection ، در قسمت نوشتار Label ، Indent Left Edges را تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Edge را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت متن x حداقل ، LX-THK را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن حداکثر x ، LX را تایپ کنید . |
6 | در قسمت حداقل متن y ، 7[mm] را تایپ کنید . |
7 | در قسمت حداکثر متن y ، 22[mm] را تایپ کنید . |
8 | در قسمت حداقل متن z ، 13[mm] را تایپ کنید . |
9 | در قسمت حداکثر متن z ، 22[mm] را تایپ کنید . |
10 | قسمت Resulting Selection را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
11 | در کادر محاوره‌ای New Cumulative Selection ، در قسمت متن نام ، گزینه Ignore Edges Selection را تایپ کنید . |
12 | روی OK کلیک کنید . |
13 | در پنجره تنظیمات مربوط به Box Selection ، روی  Build Selected کلیک کنید . |
تورفتگی لبه های راست
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Box Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به Box Selection ، در قسمت Label، عبارت Right Edges Indent را تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Edge را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت متن x حداقل ، LX-THK را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن حداکثر x ، LX را تایپ کنید . |
6 | در قسمت حداقل متن y ، LY-22[mm] را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن حداکثر y ، LY-7[mm] را تایپ کنید . |
8 | در قسمت حداقل متن z ، 13[mm] را تایپ کنید . |
9 | در قسمت حداکثر متن z ، 22[mm] را تایپ کنید . |
10 | قسمت Resulting Selection را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، نادیده گرفتن انتخاب لبه ها را انتخاب کنید . |
11 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
تورفتگی لبه های مرکزی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Box Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به Box Selection ، Central Edges Indent را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Edge را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت حداقل متن x ، LX-2*THK را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن حداکثر x ، LX را تایپ کنید . |
6 | در قسمت حداقل متن y ، LY/2-8[mm] را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن حداکثر y ، LY/2+8[mm] را تایپ کنید . |
8 | در قسمت حداقل متن z ، 0[mm] را تایپ کنید . |
9 | در قسمت حداکثر متن z ، 12[mm] را تایپ کنید . |
10 | قسمت Resulting Selection را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، نادیده گرفتن انتخاب لبه ها را انتخاب کنید . |
11 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
لبه های 1 را نادیده بگیرید
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Virtual Operations کلیک کنید و گزینه Ignore Edges را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نادیده گرفتن لبه ها ، بخش ورودی را پیدا کنید . |
3 | از لیست Edges to ignore ، گزینه Ignore Edges Selection را انتخاب کنید .  |
نمای مدل را تغییر دهید تا لبه های سمت پایین براکت را ببینید.
4 |  روی دکمه Go to Default View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Structural steel را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مکانیک جامدات
ثابت (پیچ و مهره)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 روی Solid Mechanics کلیک راست کرده و Fixed Constraint را انتخاب کنید . |
نحوه دقیق بستن پیچ و مهره براکت به فونداسیون برای نتایج بهینه سازی شده مهم نیست.
2 | در پنجره تنظیمات برای محدودیت ثابت ، در قسمت نوشتار برچسب ، Fixed (Bolts) را تایپ کنید . |
3 | فقط مرزهای 6-11 را انتخاب کنید.  |
اتصال صلب (جزء نصب شده)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Rigid Connector را انتخاب کنید . |
قطعه متصل شده دارای سفتی بالایی است و به دو سوراخ پیچ بالایی پیچ می شود. این مدل به عنوان صلب است و فقط دارای خواص جرمی است.
2 | در پنجره تنظیمات برای اتصال سخت ، در قسمت نوشتار برچسب ، کانکتور صلب (کامپوننت نصب شده) را تایپ کنید . |
3 | فقط مرزهای 28، 29، 38 و 39 را انتخاب کنید.  |
4 | قسمت مرکز چرخش را پیدا کنید . از لیست، User defined را انتخاب کنید . |
5 | بردار X c را به صورت مشخص کنید |
LX-THK/2 | ایکس |
LY/2 | y |
LZ | z |
جرم و لحظه اینرسی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Mass and Moment of Inertia را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات Mass and Moment of Inertia ، بخش Mass and Moment of Inertia را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن m ، mCmp را تایپ کنید . |
4 | از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
5 | در جدول I تنظیمات زیر را وارد کنید: |
IXCmp | 0 | 0 |
0 | IYZCmp | 0 |
0 | 0 | IYZCmp |
مش 1
مثلثی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Free Triangular را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 4، 15، 17، 19، 21، 24 و 26 را انتخاب کنید.  |
سایز 1
1 | روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط مرز 4 را انتخاب کنید. |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . از لیست Predefined ، Finer را انتخاب کنید . |
سایز ۲
1 | در پنجره Model Builder ، روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 15، 17، 19، 21، 24 و 26 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
4 | از لیست از پیش تعریف شده ، Extra fine را انتخاب کنید . |
5 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
جارو 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Swept کلیک کنید .
Swept کلیک کنید .توزیع 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | در فیلد متنی Number of element ، 3 را تایپ کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مطالعه فرکانس ویژه
یک مطالعه فرکانس ویژه بر روی هندسه اولیه انجام دهید.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Eigenfrequency Study را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
مکانیک جامدات
اوج بارها را اضافه کنید و یک مطالعه ثابت انجام دهید.
بار بدنه 4 گرم روی براکت
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Body Load را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Body Load ، در قسمت نوشتار Label ، Body load 4g را در براکت تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Force را پیدا کنید . بردار F V را به صورت مشخص کنید |
4*g_const*solid.rho | ایکس |
4*g_const*solid.rho | y |
4*g_const*solid.rho | z |
اتصال صلب (جزء نصب شده)
در پنجره Model Builder ، روی Rigid Connector (Mounted Component) کلیک کنید .
4 گرم را روی قطعه نصب شده فشار دهید
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Applied Force را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نیروی کاربردی ، Force 4g را بر روی مؤلفه نصب شده در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Applied Force را پیدا کنید . بردار F را به صورت مشخص کنید |
4*g_const*mCmp | ایکس |
4*g_const*mCmp | y |
4*g_const*mCmp | z |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Stationary Study را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
تعاریف
با اضافه کردن متغیرهایی برای جرم براکت و حداکثر تنش، برای بهینه‌سازی آماده شوید.
دامنه بهینه سازی استرس
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Stress Optimization Domain را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
کاوشگر دامنه 1
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Probes کلیک کنید و Domain Probe را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Domain Probe ، در قسمت متن نام متغیر ، mass را تایپ کنید . |
3 | قسمت Probe Type را پیدا کنید . از لیست Type ، Integral را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1>Solid Mechanics>Material Mechanics>Solid.rho – Density – kg/m³ را انتخاب کنید . |
Domain Probe 2
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Probes کلیک کنید و Domain Probe را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Domain Probe ، در قسمت متن نام متغیر، maxStress را تایپ کنید . |
3 | قسمت Probe Type را پیدا کنید . از لیست نوع ، حداکثر را انتخاب کنید . |
4 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، دامنه بهینه سازی استرس را انتخاب کنید . |
5 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1>Solid Mechanics>Stress>solid.mises – von Mises stress – N/m² را انتخاب کنید . |
نتایج
نمودار تنش پیش فرض را برای نظارت بر هندسه و تنش ها در ناحیه بهینه شده اصلاح کنید.
استرس در منطقه بهینه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Stress (solid) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Stress را در قسمت Optimized Region در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
جلد 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Stress in Optimized Region را گسترش دهید ، سپس روی Volume 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، MPa را انتخاب کنید . |
تغییر شکل
1 | در پنجره Model Builder ، گره Volume 1 را گسترش دهید . |
2 | روی Results>Stress in Optimized Region>Volume 1>Deformation کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Volume 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، دامنه بهینه سازی استرس را انتخاب کنید . |
نشانگر 1
1 | روی Volume 1 کلیک راست کرده و Marker را انتخاب کنید . |
2 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
ریشه
مطالعه بهینه سازی را تنظیم کنید.
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت Select Study ، Empty Study را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه بهینه سازی
در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Optimization Study را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
بهينه سازي
در نوار ابزار مطالعه ، روی Optimization کلیک کنید و Optimization را انتخاب کنید .
Optimization کلیک کنید و Optimization را انتخاب کنید .فرکانس خود
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی مرجع  مطالعه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مرجع مطالعه ، Eigenfrequency را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | بخش مرجع مطالعه را پیدا کنید . از لیست مرجع مطالعه ، Eigenfrequency Study را انتخاب کنید . |
ثابت
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی مرجع  مطالعه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مرجع مطالعه ، Stationary را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | بخش مرجع مطالعه را پیدا کنید . از لیست مرجع مطالعه ، Study Stationary را انتخاب کنید . |
بهينه سازي
1 | در پنجره Model Builder ، روی Optimization کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای بهینه سازی ، بخش Optimization Solver را پیدا کنید . |
3 | از لیست روش ، COBYLA را انتخاب کنید . |
4 | زیربخش تنظیمات Solver را پیدا کنید . تیک گزینه Stop if error را پاک کنید . |
5 | قسمت Constraints را پیدا کنید . تیک گزینه Enforce design constraints به شدت را انتخاب کنید . |
6 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Objective Function کلیک کنید . از منو، Component 1>Definitions>comp1.mass – Domain Probe 1 – kg را انتخاب کنید . |
7 | قسمت Objective Function را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | شرح | برای |
comp1.mass | جرم براکت | ثابت |
اولین فرکانس ویژه باید در بهینه سازی استفاده شود.
8 | از لیست راه حل ، ابتدا استفاده را انتخاب کنید . |
9 | قسمت Control Variables and Parameters را پیدا کنید .  روی Load from File کلیک کنید . |
10 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل bracket_import_optimization_ctrlvars.txt دوبار کلیک کنید . |
11 | قسمت Constraints را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | کران پایین | کران بالا | برای |
واقعی (فرکانس) | minFreq | فرکانس خود | |
comp1. maxStress/maxStressLimit | 1 | ثابت | |
d_O_Cmp | 3[mm] | فرکانس خود | |
d_C_Cmp | 3[mm] | فرکانس خود | |
d_O_C | 3[mm] | فرکانس خود | |
d_O_O | 3[mm] | فرکانس خود |
12 | قسمت Output while Solving را پیدا کنید . کادر Plot را انتخاب کنید . |
13 | از لیست گروه Plot ، Stress in Optimized Region را انتخاب کنید . |
اگر برخی از تنظیمات معتبر نیستند، روند بهینه سازی همچنان باید ادامه یابد. پیش فرض این است که در صورت بروز خطا متوقف شود.
راه حل 3
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
بهینه سازی را اجرا کنید.
2 |  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
استرس در منطقه بهینه
توزیع تنش را در پیکربندی بهینه بررسی کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Stress in Optimized Region کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار Stress in Optimized Region ، روی  Plot کلیک کنید . |
در آخرین ردیف از جدول 7 محدودیت های جهانی، مقادیر فرکانس طبیعی و حداکثر تنش در پیکربندی بهینه شده و همچنین مقادیر سایر محدودیت ها را خواهید یافت.
جدول هدف 3
در ردیف آخر جدول هدف 3 ، مجموعه بهینه پارامترها و حداقل وزن را خواهید یافت. توجه داشته باشید که مقدار موجود در ستون Objective را می توان نارنجی رنگ کرد اگر راه حل یک محدودیت را کمی نقض کند، اما همچنان در محدوده تحمل پذیرفته شود.
1 | در جدول Objective Table 3 ، روی آخرین ردیف کلیک راست کرده و Copy Selected Rows to New Parameter Cases را انتخاب کنید . |
این مرحله آخر یک مورد پارامتر جدید با مقادیر پارامتر بهینه ایجاد می کند. سپس، هندسه را با استفاده از مقادیر پارامتر بهینه بازسازی کنید.
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Global Definitions>Parameters 1 را گسترش دهید ، سپس روی Case 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Case ، مقادیر Optimum را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در پنجره Model Builder ، روی Parameters 1 کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، روی مقادیر  بهینه کلیک کنید . |
هندسه 1
در نوار ابزار Home ، روی Build All کلیک کنید .
Build All کلیک کنید .
