Tytuł zapewne każdego zdziwi, ale to nie pomyłka. Środowisko HEEDS można porównać do wspinaczki wysokogórskiej z pełnym ekwipunkiem(rys. 1). Obecnie istnieje wiele środowisk obliczeniowych, które zapewniają możliwości obliczeń MES/CFD z uwzględnieniem swoich algorytmów obliczeniowych i zintegrowanych z nimi dedykowanych środowisk CAD.
Wyobraźmy sobie, że wybierając jeden z tych systemów — porównując to do wspinaczki wysokogórskiej — wybieramy się w góry z jednym lub dwoma przedmiotami, które spełnią nasze wymagania. Mogą to być kotwy, buty, lina. Nasz wybór zamyka się w wyborze jednego lub dwóch elementów z całej grupy potrzebnych przedmiotów. Idąc w góry, chcielibyśmy przygotować się na wszystko, z uwzględnieniem trudnych warunków, które na pewno wystąpią. Niestety, dzisiejsze systemy obliczeniowe nie zapewnią nam wszystkiego. I dlatego zmuszają nas do trudnego wyboru, który można porównać do wyboru odpowiednich przedmiotów podczas wspinaczki. Pojawia się jednak światełko w tunelu. Mam tu na myśli środowisku HEEDS od firmy SIEMENS. Odpowiedzmy sobie na krótkie pytanie: czym jest HEEDS?
Rys.1 HEEDS jak wspinaczka wysoko górska z pełnym wyposażeniem dzięki algorytmowi SHERPA
HEEDS automatyzuje i przyspiesza proces przeszukiwania rozwiązań w przestrzeni projektowej. Oprogramowanie to umożliwia optymalizację geometrii na bazie wyznaczonych kryteriów tak, aby spełnić wymagania projektanta. Najciekawszym jego atutem jest fakt, że możemy wykorzystać każde oprogramowanie CAD oraz każde oprogramowanie CAE/CFD do optymalizacji i połączyć je ze sobą dzięki środowisku HEEDS. Na rys.2 przedstawiono szeroką paletę systemów CAD/CAE/CFD które mogą być ze sobą łączone w środowisku HEEDS. Wymiana danych w środowisku tym odbywa się poprzez użycie prostego schematu blokowego, który pozwala na wymianę danych wejściowych i wyjściowych pomiędzy wybranymi systemami, co zostanie przedstawione w dalszej części artykułu. Dzięki temu nasza wspinaczka wysokogórska staje się łatwa, ponieważ mamy do dyspozycji wszystkie elementy, które są potrzebne do osiągnięcia naszego celu.
Rys.2 Lista dostępnych systemów do połączenia ze sobą w środowisku HEEDS
Niniejszy artykuł przybliża możliwości zastosowania środowiska HEEDS do optymalizacji strukturalnej ramienia sterującego zawieszeniem, aby spełniła odpowiednie wymagania dotyczące odkształcenia i współczynnika bezpieczeństwa, jak również najważniejszego kryterium, jakim jest znalezienie najlżejszej konstrukcji. Do wykonania tego zadania potrzebne było przygotowanie parametrycznego modelu CAD oraz wykonanie bazowej analizy wytrzymałościowej. HEEDS pozwoli na pełną automatyzację procesu obliczeniowego poprzez nakładanie automatycznie nowej siatki obliczeniowej wraz ze zmianą parametrów modelu CAD w celu uzyskania jak największego współczynnika bezpieczeństwa oraz zminimalizowanie odkształceń podczas pracy konstrukcji. Oczywiście nie można zapomnieć o głównym celu, którym jest zdobycie szczytu, a w tym przypadku, uzyskanie jak najmniejszej wagi konstrukcji z uwzględnieniem powyżej wymienionych kryteriów.
Pierwszym niewątpliwie ważnym krokiem, jest przygotowanie się do naszej wspinaczki. W tym przypadku utworzyliśmy parametryczny model CAD. Model ten powstał w środowisku NX CAD, który jest integralną częścią środowiska Simcenter 3D. Simcetner 3D jest to środowisko oparte na solwerze Simcenter Nastran (dawniej NX Nastran), integrujące ze sobą różne dziedziny obliczeniowe, przeznaczone dla analityków, konstruktorów i projektantów. Na bazie utworzonego modelu CAD przygotowano siatkę MES (FEM) zawierającą warunki brzegowe wraz z obciążeniami rys.3.
Fx = 1000 N
Fy = 2000 N
Fz =1000 N
Rys.3 Siatka MES wraz z warunkami brzegowymi oraz utwierdzeniami analizowanej konstrukcji
Drugim ważnym krokiem jest wybór sprzętu przeznaczonego do naszej wspinaczki wysokogórskiej. Dla środowiska HEEDS nie ogranicza nas nic, możemy zabrać wszystkie potrzebne przedmioty, a w tym przypadku środowisko HEEDS pozwoli na utworzenie schematu blokowego i zdefiniowanie przepływu danych pomiędzy współpracującymi systemami czyli HEEDS oraz Simcenter 3D poprzez zastosowanie plików wejściowych oraz wyjściowych. W tej wersji artykułu mamy tylko jedną analizę, jest to analiza z uwzględnieniem Simcenter 3D w środowisku HEEDS. Pamiętajmy, żew przypadku standardowej wersji HEEDS możemy mieć ich wiele i łączyć je ze sobą w dowolnej konfiguracji. Na rys. 4. Przedstawiono schemat współpracy oprogramowania HEEDS z oprogramowaniem Simcenter 3D. Ponadto warto dodać również że Heeds może wykorzystywać dowolne dostępne zasoby sprzętowe (komputer stacjonarny, klaster obliczeniowy itp.).
Rys.4 Schemat blokowy przepływu danych oraz pliki wejściowe i wyjściowe dla środowiska HEEDS
Trzecim i ostatnim krokiem będzie podjęcie decyzji o wyborze szczytu, który chcemy zdobyć. W tym przypadku będą to odpowiednie zmienne, które system będzie przeszukiwał w wybranym zakresie poprzez automatyzacje procesu do osiągnięcia celu. Dodatkowo zdefiniowano metody optymalizacji oraz ustawiania kryteriów dla algorytmu obliczeniowego rys. 5 – 6 .
Rys.5 Zakres przeszukiwania parametrów w środowisku HEEDS
Rys. 6. Definicja metody optymalizacji i kryteriów analizy
Zapewne zauważyliście, że w artykule pojawiło się słowo kluczowe o nazwie SHERPA. Czym jest algorytm SHERPA? Jest to wielokryterialna optymalizacja bazująca na znanych już algorytmach hybrydowych oraz metodzie adaptacyjnej. Algorytm SHERPA bazuje na połączeniu wszystkich zalet dla obydwu metodyk. Więcej informacji o algorytmie SHERPA znajdziecie w poniższych artykułach:
http://www.redcedartech.com/pdfs/SHERPA.pdf
https://gmsystem.pl/blog/optymalizacja-srodowisko-heeds-siemens/
Przechodzimy teraz do zakładki Run i wybieramy Run (Oblicz) rys. 7.
Rys. 7. Uruchomienie procesu optymalizacji przy użyciu jednego kliknięcia – RUN
System znajdzie najlepszego kandydata, a co za tym idzie cel i szczyt, który sobie wybraliśmy, zostanie osiągnięty bez żadnych trudności. W sumie wykonaliśmy 400 przypadków analiz. Nie zapomnijmy o najważniejszej kwestii: każde oprogramowanie, które posiadamy w firmie, możemy połączyć ze sobą i wymieniać dane, które są potrzebne do analiz wytrzymałościowych czy przepływowych.
Nie mamy żadnych ograniczeń. Pozostaje nam dokonanie post pressingu – przejrzenie tego, co system automatycznie za nas przeliczył i które parametry miały największy wpływ na osiągnięcie zamierzonego celu. Najszybszą metodą jest wykonanie wykresu wszystkich możliwych przypadków projektu. Niebieskie kropki prezentują możliwe do przyjęcia warianty projektowe, a czerwone niemożliwe. Na osi Y mamy masę projektu, a na osi X numer kolejnego projektu. Po ok. 50 próbie znalazł przypadek ze zredukowaną masą, następne przypadki są z coraz mniejszą masą (rys. 8).
Rys.8. Wykres optymalnej masy konstrukcji w funkcji liczby przeszukiwanych projektów w środowisku HEEDS.
Możemy ponadto wykonywać inne wykresy. Jednym z nich jest stworzenie wykresu zależności współczynnika bezpieczeństwa od odkształcenia. Wielkością i kolorem możemy rozróżniać różne warianty projektu. Kolor prezentuje wartość masy, natomiast rozmiar reprezentuje grubość żebra. Widzimy, że ze zmniejszeniem współczynnika bezpieczeństwa, masa się zmniejsza i zwiększa się odkształcenie rys. 9.
Rys. 9. Rozkład graficzny odkształceń oraz naprężeń wraz z wykresem parametrów i ich wpływ na optymalizację w środowisku HEEDS
Artykuł ten ma na celu zaprezentowanie oprogramowania HEEDS oraz ukazanie, jak system poprzez inteligentne przeszukiwanie dostarcza niezbędnych informacji do podjęcia odpowiednich decyzji projektowych w bardzo krótkim czasie.
Źródło: Marek Rudy, GM System Sp. z o.o.
.){kind=link}