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Novità COMSOL Multiphysics® versione 6.1

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Aggiornamenti dell'Optimization Module

Agli utenti dell'Optimization Module la versione 6.1 di COMSOL Multiphysics® offre vincoli di fresatura per l'ottimizzazione topologica, un miglior supporto per la conservazione della continuità di curve e superfici per l'ottimizzazione di forma e una nuova funzionalità per l'ottimizzazione di forma delle frequenze proprie di shell strutturali. Ulteriori informazioni su queste funzionalità sono riportate di seguito.

Vincoli di lavorazione per l'ottimizzazione topologica

L'ottimizzazione topologica è associata a un'estrema libertà di progettazione. Questo può dare vita a prestazioni eccezionali, ma anche a parti complesse della geometria che sono difficili da gestire con le tecniche di produzione convenzionali. La funzionalità già esistente Density Model include ora la funzione di vincolo di fresatura per garantire la compatibilità con le tecniche di produzione convenzionali. Questa funzionalità è visibile nel nuovo modello Topology Optimization of a Beam with Milling Constraints e in diversi modelli di meccanica strutturale aggiornati.

Modello ottimizzato di cerchione in grigio con dieci settori.

Modello di cerchione in grigio non ottimizzato.

L'ottimizzazione della topologia di un cerchione è illustrata nel nuovo tutorial Wheel Rim - Topology Optimization with Milling Constraints. Viene modellato il cerchione completo, con simmetria settoriale imposta per l'ottimizzazione di forma. Il cerchione è ottimizzato per la rigidità rispetto a 12 casi di carico e l'ottimizzazione include vincoli di fresatura nelle direzioni assiali (a sinistra). Il risultato corrispondente senza vincoli di fresatura è mostrato come riferimento (a destra).

Continuità per l'ottimizzazione di forme

Quando si esegue l'ottimizzazione di forme, la conservazione della continuità del vettore normale è un modo per mantenere curve e superfici lisce nel modello geometrico ottimizzato. Le funzionalità Free Shape Boundary e Free Shape Shell sono state ampliate con il supporto per la conservazione della continuità del vettore normale sui contorni Symmetry e Roller, nonché tra la selezione di diverse funzionalità Free Shape Boundary e Free Shape Shell. Allo stesso modo, le versioni 2D delle funzionalità Polynomial Boundary e Polynomial Shell sono state estese con il supporto per preservare la continuità del vettore normale sui contorni di Symmetry e Roller, nonché tra entità nella selezione e vicino a punti fissi. Il modello Design Optimization of a Beam è stato aggiornato per mostrare questa nuova funzionalità.

Inoltre, la funzionalità Control Function include ora l'opzione Piecewise Bernstein polynomial. Per questo tipo di controllo, la pendenza è continua tra i polinomi. Ciò è utile per aumentare la libertà di progettazione senza introdurre il rumore ad alta frequenza tipicamente associato ai polinomi di ordine superiore.

Interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con il nodo Free Shape Boundary evidenziato, la corrispondente finestra Settings, un modello di fatica nella finestra Graphics e la Objective Probe Table.
Il nuovo tutorial Wheel Rim - Stress Optimization with Fatigue Evaluation mostra l'ottimizzazione di forma di un cerchione rispetto a un'approssimazione della sollecitazione massima. Viene modellato l'intero cerchione, con una simmetria settoriale imposta per l'ottimizzazione di forma. Inoltre, viene utilizzata una mesh più fine sul settore utilizzato per la valutazione delle sollecitazioni e le impostazioni della funzionalità Free Shape Boundary assicurano la continuità del vettore normale tra i settori. L'ottimizzazione considera 6 casi di carico e ottimizza per il caso peggiore, vincolando la rigidità e la massa ai valori iniziali. Si tratta di un approccio euristico per l'ottimizzazione della fatica, quindi le proprietà di fatica vengono valutate prima e dopo l'ottimizzazione.

Ottimizzazione basata sui gradienti delle frequenze proprie per gli shell

Le frequenze agli autovettori possono ora essere soggette ad alcuni tipi di ottimizzazione basati sui gradienti e possono, ad esempio, essere utilizzate per l'ottimizzazione di forma di shell strutturali. La funzionalità esistente Polynomial Boundary è stata estesa per supportare il 3D e una nuova funzionalità Polynomial Shell è stata aggiunta all'interfaccia Shape Optimization. È possibile vedere una dimostrazione di questa funzionalità nel nuovo tutorial Maximizing the Eigenfrequency of a Shell.

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con il nodo Optimization evidenziato, la finestra Settings corrispondente, un modello shell nella finestra Graphics e la Objective Probe Table.
Il tutorial Maximizing the Eigenfrequency of a Shell mostra come utilizzare la nuova funzionalità Polynomial Shell per massimizzare la più bassa frequenza propria di un shell.

Modelli tutorial nuovi e aggiornati

La versione 6.1 di COMSOL Multiphysics® introduce nell'Optimization Module diversi tutorial nuovi e aggiornati.

Exporting and Importing a Topology-Optimized Hook

Modello di gancio in acciaio strutturale.
In questa ottimizzazione topologica di un gancio, la simulazione trova la distribuzione ottimale del materiale quando la parte strutturale è sottoposta a due casi di carico. Questo modello precedentemente disponibile è stato aggiornato per utilizzare i nuovi vincoli di fresatura disponibili nella funzionalità Density Model.

Titolo in Application Library:
hook_topology_optimization_stl
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Topology Optimization of a Torsion Sphere with Milling Constraints

Modello di sfera di torsione con due piani di simmetria.
Questo esempio è un benchmark per i vincoli di fresatura e risolve un problema di ottimizzazione della topologia della coppia. Senza vincoli di fresatura, la forma risultante è una sfera chiusa, ma con i vincoli di fresatura la forma risultante è più complicata, come mostrato nella figura. Il modello ottimizza la topologia con quattro direzioni di fresatura. La simmetria viene utilizzata in modo da considerare solo due direzioni di fresatura.

Titolo in Application Gallery:
torque_topology_optimization_milling
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Topology Optimization of a Step Thrust Bearing

Modello di cuscinetto reggispinta a gradini in cui il gioco del cuscinetto è indicato in rosso e in blu.
L'ottimizzazione topologica viene utilizzata per progettare un cuscinetto reggispinta a gradini in grado di sostenere un carico elevato. Modificando il progetto iniziale, è possibile individuare progetti con un numero diverso di scanalature. Il risultato viene verificato con una mesh adattata al corpo.

Titolo in Application Library:
step_thrust_bearing_topology_optimization
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Shape Optimization of a Step Thrust Bearing

La deformazione di un modello di cuscinetto reggispinta a gradini è indicata dalle frecce.
L'ottimizzazione di forma viene utilizzata per progettare un cuscinetto reggispinta a gradini in grado di supportare un carico elevato. Le funzionalità di Control Function sono utilizzate per spostare i gradini in direzione azimutale.

Titolo in Application Library:
step_thrust_bearing_shape_optimization
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Topology Optimization of a Beam with Milling Constraints

Un modello di trave rettangolare nella tabella dei colori Rainbow Light con frecce nere.
La massa di una trave in alluminio viene minimizzata attraverso l'ottimizzazione topologica soggetta a un vincolo di spostamento e a un carico distribuito. Questo modello già disponibile è stato modificato per dimostrare l'uso dei nuovi vincoli di fresatura con fresatura dagli assi x e y.

Titolo in Application Library:
beam_optimization_milling
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Design Optimization of a Beam

Modello di trave curva nella tabella dei colori Rainbow Light con frecce nere.
La massa di una trave in alluminio viene minimizzata attraverso l'ottimizzazione di forma soggetta a un vincolo di spostamento e a un carico distribuito. Questo modello, già disponibile in precedenza, è stato aggiornato con una nuova funzionalità che garantisce la continuità del vettore normale tra i due polinomi di Bernstein del secondo ordine che definiscono la forma del contorno inferiore.

Titolo in Application Library:
beam_optimization
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Maximizing the Eigenfrequency of a Shell

Un modello di shell curvato al centro nella tabella dei colori Rainbow Light con frecce rosse.
La frequenza propria più bassa di una shell viene ottimizzata deformando la sua forma con la funzionalità Polynomial Shell. Il contorno più a destra è fissato nell'interfaccia Shell, mentre gli altri bordi esterni sono fissati nell'interfaccia Shape Optimization.

Titolo in Application Library:
shell_eigenfrequency_shape_optimization
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Topology Optimization of a Sound Partition Considering Acoustic–Structure Interaction

Modello di barriera acustica che mostra il risultato dell'ottimizzazione topologica e la mesh adattata al corpo.
Questo modello riproduce un articolo accademico sulla progettazione di una barriera acustica. La formulazione mista dell'interfaccia Solid Mechanics viene utilizzata per impostare un'ottimizzazione topologica per l'interazione acustico-strutturale della barriera. Il progetto risultante è verificato con una mesh adattata al corpo.

Titolo in Application Gallery:
topology_optimization_solid_aco
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Bracket — Stress Optimization with Fatigue Evaluation

Due modelli di staffa che mostrano la geometria iniziale in alto e la geometria ottimizzata in basso.
Questo esempio dimostra l'ottimizzazione della forma insieme alla valutazione della fatica strutturale e minimizza la sollecitazione massima approssimativa di una staffa. La massa e la rigidità sono vincolate rispetto ai valori iniziali. La vita a fatica è migliorata dopo l'ottimizzazione (in basso), rispetto alla geometria iniziale (in alto).

Titolo in Application Library:
bracket_fatigue_optimization
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Wheel Rim — Stress Optimization with Fatigue Evaluation

Due settori di cerchioni che mostrano la geometria iniziale in alto e la geometria ottimizzata in basso.
La sollecitazione massima approssimativa di un cerchione viene minimizzata utilizzando l'ottimizzazione della forma. Viene modellato l'intero cerchione, con l'applicazione della simmetria settoriale. Il settore utilizzato per la valutazione delle sollecitazioni utilizza una mesh più fine.

Titolo in Application Gallery:
rim_fatigue_optimization
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Wheel Rim — Topology Optimization with Milling Constraints

Modello ottimizzato di cerchione in grigio a dieci settori.
Un modello di cerchione è ottimizzato per la rigidità rispetto a 12 casi di carico, utilizzando l'ottimizzazione topologica con vincoli di lavorazione. Viene modellato l'intero cerchione, con una simmetria settoriale imposta per l'ottimizzazione di forma.

Titolo in Application Gallery:
wheel_topology_optimization_milling
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