№72-12
Оцінка ефекту топологічної оптимізації металевих деталей
І.М. Мацюк1, О.М. Коптовець1, Е.М. Шляхов1, П.А. Дьячков1
1 Національний технічнийуніверситет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2023, 72:144-152
https://doi.org/10.33271/crpnmu/72.144
Full text (PDF)
АНОТАЦІЯ
Мета. Метою даної статті є оцінка ефективності застосування опції «Shape optimization» у програмному продукті Fusion 360 американської компанії Autodesk для деталей гальмівної системи рудникового електровозу.
Методика. З появою сучасних комп’ютерних програм змінився зміст роботи інженера-конструктора, процес конструювання зводиться до розробки 3D-моделі металевого виробу, яку потім можна піддати аналізу напружено-деформованого стану та за результатами цього аналізу визначити малонавантажені ділянки виробу, які можна видалити, тобто зменшити масу використовуваного металу. Особливе значення має генеративний дизайн – нова технологія проектування. Заснована вона на застосуванні програмного забезпечення, здатного самостійно, без участі конструктора, генерувати тривимірні моделі, що відповідають заданим умовам. Практично у системі «людина – машина» комп'ютеру передаються творчі функції, і він із нею добре справляється. Другим по значенню є топологічна оптімізація (Shape optimization), якій піддають вже розроблену дизайнером модель для її вдосконалення.
Результати. В роботі викладено результати дослідження зменшення маси деталей гальмівноїсистеми рудникового електровозу за рахунок топологічної оптимізації їх конструкцій у програмному продукті Fusion 360. Видалення ненавантажених ділянок виробу здійснено за допомогою спеціальної опції «Shape optimization» цієї програми. Ефект зменшення маси виробів після топологічної оптимізації оцінюється приблизно у 35-45 %.
Наукова новизна. Використання топологічної оптимізації у деталях гальмівної системи рудникового електровозу – це новий підхід до оптимізації конструкції та задля отримання деталей зменшеної маси.
Практична значимість. Застосування топологічної оптимізації на етапі проектування допомагає знайти варіант дизайну конструкції з найбільш раціональним розподілом матеріалу та порожнеч в заданій області, з урахуванням міцності та жорсткості, і таким чином помітно знизити його масу.
Ключові слова: механічна гальмівна система, важіль гальмівний, коромисло, Fusion 360, топологічна оптимізація, зменшення маси.
Перелік посилань
1. Jowitt, S. M., Mudd, G. M., & Thompson, J. F. H. (2020). Future availability of non-renewable metal resources and the influence of environmental, social, and governance conflicts on metal production. Communications Earth & Environment, 1(1), 13.
https://doi.org/10.1038/s43247-020-0011-0
2. Bendsøe, M. P., & Sigmund, O. (2004). Topology optimization by distribution of isotropic material. In Topology Optimization (pp. 1–69). Springer Berlin Heidelberg.
https://doi.org/10.1007/978-3-662-05086-6_1
3. Bilichenko, M.Ya., Pivniak, H.H., Renhevych, O.O., Taoasov, V.I.. Varshavskyi, A.M.. Denyshchenko, O.V.. Zrazhevskyi ,Yu.M., Pryhunov, O.S., Troshchylo, B.C., & Shenderovych, Yu.M. (2005). Transport na hirnychykh pidpryiemstvakh. Navch. Posib. Natsionalnyi Hirnychyi Universytet.
4. Salov, V. О. (2005). Osnovy ekspluatatsinykh rozrakhunkiv transportu hirnychykh pidpryiemstv. Navch. posib. Natsionalnyi Hirnychyi Universytet.
5. Burman, E., Elfverson, D., Hansbo, P., Larson, M. G., & Larsson, K. (2018). Shape optimization using the cut finite element method. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 328, 242–261.
https://doi.org/10.1016/j.cma.2017.09.005
6. Vatanabe, S. L., Lippi, T. N., Lima, C. R. de, Paulino, G. H., & Silva, E. C. N. (2016). Topology optimization with manufacturing constraints: A unified projection-based approach. Advances in Engineering Software, 100, 97–112.
https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2016.07.002
