nTopology: Comment tirer le meilleur parti de l'optimisation de la topologie ?

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Avec l'essor de la fabrication additive et l'introduction d'une complexité sans limite, lisez ce blog pour apprendre comment utiliser l'optimisation de la topologie à son plein potentiel.

Avec un nom comme nTopology, les gens supposent souvent que nous ne faisons que de l'optimisation topologique. Et bien que ce ne soit pas tout à fait vrai (avez-vous vu notre modélisation implicite ?), nous faisons des choses incroyables pour supprimer les tracas des flux de travail basés sur l'optimisation de la topologie. Alors que l'ingénierie et les mathématiques à la base de ce processus d'optimisation existent depuis des décennies, avec l'essor de la fabrication d'additifs industriels et la complexité illimitée qu'elle permet, nous avons constaté la croissance exponentielle de l'utilisation de l'optimisation de la topologie. Mais avec cette croissance de l'utilisation vient une compréhension toujours plus grande des limites frustrantes qui se produisent lorsque les techniques de conception traditionnelles sont combinées avec l'optimisation de la topologie. Cependant, les outils de conception de nouvelle génération, comme nTop Platform, peuvent contribuer à lever ces limites pour permettre aux ingénieurs de créer des pièces plus performantes, plus rapidement.

Qu'est-ce que l'optimisation de la topologie ?

L'optimisation de la topologie est une méthode d'optimisation numérique qui optimise le placement des matériaux dans un espace de conception défini par l'utilisateur. En fournissant des conditions et des contraintes limites, des objectifs tels que la maximisation de la rigidité d'un composant peuvent être obtenus. Cette méthode a connu une augmentation significative de l'adoption avec les progrès de la puissance de calcul accessible à tout ingénieur et l'industrialisation de la fabrication additive. D'une manière générale, l'optimisation de la topologie consiste à itérer et à éliminer les matériaux inutiles pour identifier le chemin de charge le plus optimal.

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L'espace de conception des supports et l'optimisation de la topologie non modifiée en résultent.

Le logiciel d"ingénierie avancé nTopology utilise actuellement une approche basée sur la densité pour l'optimisation de la topologie. Après avoir appliqué des charges, des contraintes et des objectifs d'optimisation, on obtient un champ de densité d'éléments, qui peut varier entre 0, indiquant l'absence de matériau, et 1, indiquant un matériau solide. L'utilisateur est alors en mesure de déterminer un seuil entre ces valeurs pour générer leur composante. Bien que de nombreux outils, y compris nTop Platform, comportent des contraintes de stress pour l'optimisation de la topologie, il est toujours nécessaire de valider la pièce par la suite. Ce qui peut entraîner la nécessité de modifier le seuil de densité.

L'utilisation de l'optimisation de la topologie comme outil de conception a souvent beaucoup de sens, car elle permet d'alléger une conception d'une manière qu'un ingénieur ne pourrait jamais faire manuellement, en conservant précisément les matériaux le long des chemins de charge. Cependant, maintenant que la phase d'exploration de la conception est terminée, de nombreux utilisateurs commenceront à se heurter à des problèmes majeurs, tels que le fait que les résultats du processus d'optimisation de la topologie ne peuvent pas être immédiatement fabriqués, validés ou réintégrés dans les flux de conception existants. Ces problèmes proviennent tous du fait que le champ de densité est appliqué à des éléments discrets et non à un objet continu, ce qui se traduit par une soupe triangulaire déchiquetée et peu appétissante.

Plusieurs mesures peuvent être prises pour pousser le résultat vers une forme qui peut être validée, fabriquée ou incorporée dans d'autres processus de conception. Avec les outils de conception traditionnels, le processus pour y parvenir a tendance à être fastidieux et truffé de limitations, ce qui fixe souvent à tort les attentes des ingénieurs quant à ce qui est possible avec l'optimisation de la topologie.

Qu'est-ce que l'optimisation de la topologie ?

Reconstruction de la géométrie traditionnelle

Avec les outils traditionnels, on finit souvent par appliquer un lissage à base de maille mais on finit par perdre les faces fonctionnelles qui sont si importantes pour la fabrication et le processus de conception ultérieur. Ou bien on se retrouve avec un maillage problématique qui contient des trous, des triangles qui se chevauchent et toute une série d'autres problèmes. Certains outils traditionnels ont un processus entièrement manuel qui oblige les utilisateurs à utiliser fastidieusement des outils de modélisation basés sur des croquis pour remodeler le résultat de leur optimisation topologique. Bien que l'on puisse se retrouver avec une géométrie très intéressante à la suite de ce processus manuel, si vous ajustez le seuil pour ajouter un peu plus de matière, vous finissez par refaire toutes vos opérations de modélisation !

nTopology

Reconstruction de la géométrie de la prochaine génération

Dans un logiciel de modélisation robuste comme nTop Platform, vous pouvez rapidement appliquer des techniques de lissage pour obtenir une géométrie propre et organique, sans vous soucier des problèmes de maillage ou de reconstruction manuelle. Ensuite, il suffit de rajouter des régions fonctionnelles avec des opérations booléennes volumétriques qui n'échouent jamais. Mieux encore, si vous décidez de mettre à jour votre seuil de densité, toutes les opérations seront rejouées, plus besoin de se soucier de refaire manuellement un travail quelconque.

Validation post-optimisation traditionnelle

Lors de la validation d'une pièce dont la topologie a été optimisée, les utilisateurs peuvent se retrouver avec une géométrie qui n'est pas associée aux charges et contraintes appliquées lors de l'optimisation. L'utilisateur doit alors aller définir les charges et les conditions limites ou peut-être même trouver des moyens entièrement nouveaux de les appliquer si cela a été fait sur la base d'un maillage. Ce qui n'est peut-être pas facile à faire, car il n'y a plus le même ensemble de géométrie fonctionnelle.

Validation post-optimisation de la prochaine génération

Les charges et les conditions aux limites peuvent être transférées sans effort de l'optimisation de la topologie pour être utilisées pour la validation de la géométrie résultante à l'intérieur de la plate-forme d'ingénierie avancée nTopology. Les mêmes charges et contraintes peuvent même être utilisées pour envoyer la géométrie à des outils de validation tiers comme Ansys Mechanical, Abaqus, Nastran, LS-DYNA, etc.

La voie traditionnelle vers la fabrication

Après avoir minutieusement converti le résultat de l'optimisation de la topologie en un maillage de surface, vous passez souvent du temps supplémentaire à appliquer la réparation du maillage pour finalement obtenir des données utilisables dans votre processus de fabrication.

La prochaine génération de la voie vers l'industrie manufacturière

Les utilisateurs peuvent découper directement (pour certaines machines de fabrication d'additifs) leur pièce fonctionnelle finie après avoir reconstruit automatiquement la géométrie. Éliminer l'étape inefficace de la génération d'un maillage

Vous voulez creuser plus loin ?

L'une des utilisations les plus populaires de l'optimisation de la topologie consiste à réduire la masse d'une pièce tout en assurant son intégrité structurelle. Si vous êtes curieux de savoir comment nTopology aborde un processus d'optimisation de la topologie du début à la fin, regardez cette vidéo pratique. Nous illustrerons notre approche, en plus de fournir des réponses à certaines de ces considérations et défis - par exemple, comment notre technologie de modélisation implicite vous permet de reconstruire automatiquement une géométrie utilisable directement à partir des résultats de l'optimisation de la topologie.

Source : nTopology

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