Optimierung

MSC Software bietet numerische Optimierungsmethoden, um Gewicht,
Lebensdauer, Steifigkeit & Schwingungsverhalten zu perfektionieren

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Die Materialkosten für neue Produkte steigen ständig. Daher müssen neue Entwicklungen bei gleicher Funktionsfähigkeit mit einem Minimum an Material auskommen. Gestiegene Energiekosten erfordern ebenfalls neue gewichtsoptimierte Produkte. Das verlangt von der Produktentwicklung ein Abwägen von Kosten, Gewicht, Herstellbarkeit und Lebensdauer. Eine längere Lebensdauer kann beispielweise zu Lasten des Gewichts und der Kosten gehen. Dadurch ergibt sich die schwierige Aufgabe, ein in jeder Hinsicht optimales Design zu entwerfen. Dafür müssen Kompromisse eingegangen werden, ohne wichtige Eigenschaften wie beispielsweise die Sicherheit zu vernachlässigen.

MSC Software bietet Lösungen an, um Bauteile zu verbessern und zu optimieren. Diese Lösungen enthalten Funktionen zur Optimierung von Querschnitten, der Form und der Topologie mechanischer Teile und Systeme. Diese Lösungen können auch mit externen Optimierungsprogrammen gekoppelt werden, um sich exakt an die geforderten Bedingungen anzupassen.

Zu den Stärken von MSC Software im Bereich Optimierung zählen:
 

MSC Software bietet bewährte Lösungen für die Optimierung von einzelnen Komponenten oder auch ganzen Systemen. Mit dem gradientenbasierten Optimierungsverfahren von MSC Nastran kann zwischen drei Verfahren gewählt werden:

  • Topologieoptimierung
  • Querschnittsoptimierung
  • Formoptimierung

Die am weitesten verbreitete Methode ist die Topologieoptimierung. Ziel der Topologieoptimierung ist die optimale Materialverteilung für definierte Lastfälle. Anwender können so bereits in der Konzeptphase Erkenntnisse über die belastungsgerechte und gewichtsoptimale Bauteilgeometrie in dem zur Verfügung stehenden Bauraum erhalten.

Die Querschnittsoptimierung kommt zum Einsatz, wenn bereits Form und als auch Tragswerkskonzept definiert sind. Das ist oft bei der Auslegung von Composites der Fall.

Bei der Formoptimierung soll die Gestalt eines Bauteiles so verändert werden, dass das Optimierungsproblem bestmöglich gelöst wird. Ziele dabei sind geringes Gewicht, maximale Steifigkeit und minimale Spannungen.

 

Ziel der numerischen Simulation ist, die Konstruktion zu finden, die den besten Kompromiss zwischen verschiedenen Anforderungen darstellt und gleichzeitig robust ist. Hier können Verfahren wie die statistische Versuchsplanung oder Monte-Carlo (Stochastik) hilfreich sein. MSC Software bietet CAE-Werkzeuge, die auf mehreren Simulationsmodellen und verschiedenen Disziplinen beruhen und sogar separate Konstruktionsvariablen enthalten können.

Ein auf die Ergebnisse des Experiments angewendetes Antwortflächenverfahren (Response Surface Method,  RSM) führt zu einem angenäherten Modell. Dieses Modell stellt dar, wie sich die Konstruktion in einem großen Entwurfsraum verhält. Sobald ein solches Modell erzeugt wurde, können „Was-wäre-wenn“-Untersuchungen und Studien zu Konstruktionskompromissen sehr leicht und schnell durchgeführt werden.

 

Untersuchungen zur Optimierung und Konstruktionsverbesserung sind häufig sehr komplex und erfordern die Integration in spezialisierte Fremdanwendungen. Diese Anwendungen verfügen unter anderem über erweiterte Funktionen für die Verarbeitung mehrerer Konstruktionskonzepte oder über andere spezielle Verfahren zur Optimierung und Konstruktionsverbesserung. Bei solchen Untersuchungen werden große Mengen an Simulationsdaten und Ergebnissen erzeugt, die mit Hunderten oder sogar Tausenden von Variablen und Simulationsmodellen verknüpft sind. Für vergleichbare und realistische Analysen müssen diese Variablen und Modelle effektiv erfasst und verwaltet werden.

Die Lösungen von MSC Software harmonieren gut mit anderen Anwendungen. Zudem verfügen sie über Funktionen, die je nach Anforderung des Kunden einen kleinen Teil des Prozesses unterstützen oder den gesamten Prozess integrieren und verwalten können. Lösungen wie SimManager verwalten Simulationsinhalte und erfassen den gesamten Simulationsprozess. Zudem sorgt SimManager dafür, dass keine wichtigen Daten verloren gehen und entscheidende Konstruktionskonfigurationen ohne weiteres erkennbar sind.


MSC Software wird für viele Arten der Optimierung eingesetzt:
  • Automatische Optimierung mit externen Superelementen (AESO)
  • Sickenoptimierung für Bleche
  • Design of Experiment (DOE) and Conservative Discrete Design (CDD)
  • Equivalent-Static-Loads Methode
  • Optionale Verwendung von extern berechneten Designresponses
  • Fully Stressed Design
  • Berücksichtigung von Fertigungsconstraints
  • Optimierung von verschiedenen Modellen über verschiedene Disziplinen innerhalb einer Rechnung
 
  • Nichtlineare Optimierung
  • Optimierung der Dickenverteilung durch Topometry/Free-Size Optimierung
  • Optimierung des linearen und nichtlinearen Bereichs
  • Optimierung der Modellparameter, wie den Materialeigenschaften und geometrische Abmessungen
  • Parametrische Entwicklung und Analyse
  • Reduzierte Spannungskonzentration durch Formoptimierung
  • Spezielle Optimierung für Verbundwerkstoffe
  • Stochastische Untersuchungen
Industrielle Anwendungen:
  • Luft- & Raumfahrt: Schalldruckoptimierung im Innenraum, aerodynamisches Verhalten
  • Fahrzeugtechnik: Konzeptfindung für Anbauteile & Halterungen, Vibrationsverhalten beim Motorstart, Abschleppvorrichtungen
  • Energie: Aerodynamik der Rotorblätter von Windkraftanlagen, Lagenaufbau von Composites
  • Maschinenbau: Minimale & maximale Wandstärke von Gussteilen
  • Medizintechnik: Auslegung von chirurgischen Schrauben, Prothesen
  • Schiffbau: Hydrodynamische Verbesserungen der Form von Schiffsrümpfen, Propellern und Turbinenschaufeln
MSC Software Produkte: 

MSC Nastran

Multidisziplinäre FEA-Lösung

MSC Nastran Desktop

Multidisziplinäre Simulationslösung für den Desktop

Patran

Pre- & Postprozessor für CAE-Modellierung