Topologická optimalizace s využitím mikro-prutových struktur

Loading...
Thumbnail Image
Date
ORCID
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Cieľom práce bolo navrhnúť a overiť metodiku topologickej optimalizácie s využitím mikro-prútových štruktúr, ktorá zohľadňuje špecifikácie aditívnej výroby a je nezávislá na optimalizačnom riešiči. Vytvorená metodika využíva SIMP algoritmus topologickej optimalizácie. Penalizačný faktor použitý pre riešenie je vytvorený na základe mechanických vlastností charakterizujúcich ľubovoľne zvolenú bunku. Vlastnosti sú získané metódou homogenizácie aplikovanou na reálnu geometriu špecifikovanú 3D optickou digitalizáciou. Verifikácia návrhu prebieha pomocou MKP analýzy využívajúcej variabilné homogenizované vlastnosti. Lokálna napätosť je simulovaná technikou submodelingu. Metodika bola overená optimalizáciou konzoly brzdného štítu lietadla. Optimalizovaný diel je oproti pôvodnému riešeniu o 22 % ľahší a o 31 % tuhší. Výsledky práce demonštrujú, že navrhnutá metodika je vhodná pre optimalizáciu štrukturálnych dielov a umožňuje nám relatívne jednoducho využiť mikro-prútové štruktúry spolu s topologickou optimalizáciou a aditívnou výrobou, a to nie len v leteckom priemysle.
This thesis aimed to develop and verify the methodology for lattice topology optimization, which deals with additive manufacturing specifications and is independent of the optimization solver. The developed methodology uses the SIMP topology optimization algorithm. The penalization factor used for a solution is based on the mechanical properties characterizing arbitrarily chosen unit cell. These are identified using the homogenization method applied to the real geometry specified by 3D optical digitization. Verification is based on FEA using the variable homogenized properties. The local stress response is simulated by submodeling technique. The methodology was verified by optimizing the braking shield bracket of a plane. The optimized part is 22 % lighter and 31 % stiffer than the original solution. Results of the thesis demonstrate that the proposed methodology is suitable for structural part optimization and allows us to use lattice structures together with topology optimization and additive manufacturing relatively easily, not only in the space industry.
Description
Citation
ČERNÁK, M. Topologická optimalizace s využitím mikro-prutových struktur [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
sk
Study field
bez specializace
Comittee
prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda) doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc. (místopředseda) doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D. (člen) doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (člen) doc. Ing. Zdeněk Horák, Ph.D. (člen) doc. Ing. Jan Vimmr, Ph.D. (člen) Ing. Kateřina Dočekalová, Ph.D. (člen) doc. Dr. Ing. Pavel Polach (člen)
Date of acceptance
2022-06-16
Defence
Obhajoba práce: Student prezentoval svoji práci a odpověděl na otázky oponenta: 1) V kapitole 5.1.2 jste jako vhodný penalizační faktor určil podle kapitoly 4.3.1 hodnotu 2,68. V kapitole 6.1.1. pro detailní návrh používáte penalizační faktor 2,28. V čem přesně spočívá rozdíl? - odpovězeno 2) Pro hodnocení stavu napjatosti používáte srovnávací napětí vonMieses. Vysvětlete, zda by nebylo vhodnější použít 1. a 3. hlavní napětí - max. principal stress a min. principal stress. - odpovězeno 3) Kde vidíte další možnosti pro vývoj optimalizačních metod založených na využití mikroprutových struktur? - odpovězeno Doc. Vimmr: Dokážete odhadnout, jak dlouho trval Váš optimalizační výpočet, kde je potenciál ke zrychlení? – odpovězeno Doc. Koutný: Jakým způsobem jste volil velikost buňky, nebyla by nějaká jiná velikost výhodnější? – odpovězeno – odpovězeno Doc. Polach: Jsou výrobní nepřesnosti zahrnuté ve výsledné struktuře? – odpovězeno Ing. Dočekalová: Nárůst hmotnosti a tuhosti se bude nějak ověřovat? – odpovězeno Prof. Hartl: Brzdící štít je pod křídlem či za kabinou? Jaká je cena původního a nového dílu? – odpovězeno Doc. Horák: Komentář – aplikace u letadla není úplně nejlepší a je velká škoda, že nebyla součást reálně testována. – odpověď.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení
DOI
Collections
Citace PRO