Points forts de COMSOL Multiphysics^® 6.1

Mises à jour du module Optimization

Pour les utilisateurs du module Optimization, la version 6.1 de COMSOL Multiphysics^® fournit des contraintes de fabrication pour l'optimisation topologique, un support amélioré pour la préservation de la continuité des courbes, des surfaces pour l'optimisation de forme, et une nouvelle fonctionnalité pour l'optimisation de forme des fréquences propres pour les coques. Plus d'informations sur ces fonctionnalités ci-dessous.

Contraintes de fabrication pour l'optimisation topologique

L'optimisation topologique est associée à une liberté de conception extrême. Elle peut donner lieu à des performances optimales, mais aussi à des pièces de géométrie complexe qui sont difficiles à fabriquer avec les techniques de fabrication conventionnelles. La fonction existante Modèle de densité comprend désormais une fonctionnalité de contrainte de fabrication pour assurer la compatibilité avec les techniques de fabrication conventionnelles. Vous pouvez voir cette fonctionnalité dans le nouveau modèle Optimisation de la topologie d'une poutre avec contraintes de fabrication et dans plusieurs modèles de mécanique des structures mis à jour.

L'optimisation topologique d'une roue est présentée dans le nouveau modèle tutoriel intitulé Jante de roue - Optimisation topologique avec contraintes de fabrication. La roue complète est modélisée, avec une symétrie sectorielle imposée pour l'optimisation de forme. La rigidité de la jante de la roue est optimisée par rapport à 12 cas de chargement, et l'optimisation inclut des contraintes de fabrication dans les directions axiales (à gauche). Le résultat correspondant sans contraintes de fabrication est montré à titre de référence (à droite).

Continuité pour l'optimisation de forme

Lors de l'optimisation de forme, la préservation de la continuité du vecteur normal est un moyen de conserver des courbes et des surfaces lisses dans la géométrie optimisée. Les fonctions Frontières de forme libre et Coque de forme libre ont été étendues pour prendre en charge la préservation de la continuité du vecteur normal sur les limites Symétries et Appui-plan ainsi qu'entre la sélection de différentes fonctionnalités Frontière de forme libre et Coque de forme libre. De même, les versions 2D des fonctionnalités Frontière polynomiale et Coque polynomiale ont été étendues pour permettre de préserver la continuité du vecteur normal sur les frontières Symétrie et Appui-plan ainsi qu'entre les entités dans la sélection et à côté des points fixes. Le modèle Optimisation de forme d'une poutre a été mis à jour pour utiliser cette nouvelle fonctionnalité.

De plus, la fonctionnalité Fonction de contrôle comprend désormais une option Polynôme de Bernstein par morceaux. Pour ce type de contrôle, la pente est continue entre les polynômes. Cette option est utile pour accroître la liberté de conception sans introduire le bruit haute fréquence généralement associé aux polynômes d'ordre supérieur.

Le nouveau modèle tutoriel Jante de roue - Optimisation des contraintes avec évaluation de fatigue montre l'optimisation de forme d'une roue par rapport à une approximation de la contrainte maximale. La roue complète est modélisée, avec une symétrie sectorielle imposée pour l'optimisation de la forme. Un maillage plus fin est utilisé sur le secteur modélisé pour l'évaluation des contraintes, et les réglages de la fonctionnalité Frontière de forme libre assurent la continuité du vecteur normal entre les secteurs. L'optimisation considère 6 cas de chargement et optimise pour le cas le moins favorable tout en contraignant la rigidité et la masse aux valeurs initiales. Il s'agit d'une approche heuristique de l'optimisation en fatigue, les propriétés de fatigue sont donc évaluées avant et après l'optimisation.

Optimisation basée sur le gradient des fréquences propres pour les coques

Les fréquences propres peuvent maintenant être soumises à certains types d'optimisations basées sur le gradient et peuvent, par exemple, être utilisées pour l'optimisation de forme des structures de type coque. La fonctionnalité existante Frontière polynomiale a été étendue en 3D, et une nouvelle fonctionnalité Coque polynomiale a été ajoutée à l'interface Optimisation de forme. Vous pouvez voir une démonstration de cette fonctionnalité dans le nouveau modèle tutoriel Maximiser la fréquence propre d'une coque.

Le modèle tutoriel de Maximisation de la fréquence propre d'une coque montre comment utiliser la nouvelle fonction Coque polynomiale pour maximiser la fréquence propre la plus basse d'une coque.

Nouveautés et mises à jour des modèles tutoriels

La version 6.1 de COMSOL Multiphysics^® apporte plusieurs nouveaux tutoriels ainsi que la mises à jour de nombreux modèles tutoriels du module Optimization.

Export et import de la topologie optimisée d'un crochet

Dans cette optimisation topologique d'un crochet, la simulation trouve la répartition optimale des matériaux lorsque la structure est soumise à deux cas de chargement. Ce modèle déjà disponible a été mis à jour pour utiliser les nouvelles contraintes de fabrication disponibles dans la fonctionnalité Modèle de densité.

Nom de l'application:
hook_topology_optimization_stl
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Optimisation topologique d'une sphère avec torsion avec contraintes de fabrication

Cet exemple est un benchmark pour les contraintes de fabrication et résout un problème d'optimisation topologique due à l'application d'un couple. Sans contraintes de fabrication, la forme résultante est une sphère fermée, mais avec des contraintes de fabrication, la forme résultante est plus compliquée, comme le montre la figure. Le modèle optimise la topologie avec quatre directions de fabrication. La symétrie est utilisée de sorte que seules deux directions de fabrication doivent être prises en compte.

Nom de l'application:
torque_topology_optimization_milling
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Optimisation topologique d'un palier de butée axiale

La conception d'une butée axiale capable de supporter une charge importante est réalisée par optimisation topologique. Des conceptions avec différents nombres de rainures peuvent être identifiées en modifiant la conception initiale. Le résultat est vérifié avec un maillage adapté.

Nom de l'application:
step_thrust_bearing_topology_optimization
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Optimisation de forme d'une butée axiale

L'optimisation de forme est utilisée pour concevoir une butée axiale capable de supporter une charge importante. Les fonctionnalités Fonction de contrôle sont utilisées pour déplacer les encoches dans la direction azimutale.

Nom de l'application:
step_thrust_bearing_shape_optimization
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Optimisation topologique d'une poutre avec contraintes de fabrication

La masse d'une poutre en aluminium est minimisée par optimisation topologique soumise à une contrainte de déplacement et à une charge distribuée. Ce modèle déjà disponible a été modifié pour montrer l'utilisation des nouvelles contraintes de fabrication avec des contraintes selon les axes x et y.

Nom de l'application:
beam_optimization_milling
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Optimisation de forme d'une poutre

La masse d'une poutre en aluminium est minimisée par une optimisation de forme soumise à une contrainte de déplacement et à une charge distribuée. Ce modèle déjà disponible a été mis à jour avec une nouvelle fonctionnalité qui assure la continuité du vecteur normal entre les deux polynômes de Bernstein du second ordre qui définissent la forme de la limite inférieure.

Nom de l'application:
beam_optimization
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Maximisation de la fréquence propre d'une coque

La fréquence propre la plus basse d'une coque est optimisée en déformant sa forme à l'aide de la fonctionnalité Coque Polynomiale. La limite la plus à droite est fixée dans l'interface Coque, tandis que les autres bords externes sont fixés dans l'interface Optimisation de forme.

Nom de l'application:
shell_eigenfrequency_shape_optimization
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Optimisation topologique d'une cloison acoustique en tenant compte de l'interaction acoustique-structure

Ce modèle reproduit un article universitaire sur la conception d'une barrière acoustique. La formulation mixte de l'interface Mécanique du solide est utilisée pour mettre en place une optimisation topologique pour l'interaction acoustique-structure de la barrière. La conception résultante est vérifiée avec un maillage adapté.

Nom de l'application:
topology_optimization_solid_aco
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Optimisation des contraintes d'un support avec évaluation de la fatigue

Cet exemple illustre l'optimisation de forme associée à une évaluation de fatigue structurelle afin de minimiser la contrainte maximale approximative d'un support. La masse et la rigidité sont contraintes par rapport aux valeurs initiales. La durée de vie en fatigue est améliorée après optimisation (en bas), par rapport à la géométrie initiale (en haut).

Nom de l'application:
bracket_fatigue_optimization
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Jante de roue - Optimisation des contraintes avec évaluation de fatigue

La contrainte maximale approximative d'une roue est minimisée en utilisant une optimisation de forme. La roue complète est modélisée, avec l'application d'une symétrie sectorielle. Le secteur utilisé pour l'évaluation des contraintes utilise un maillage plus fin.

Nom de l'application:
rim_fatigue_optimization
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Jante de roue - Optimisation topologique avec contraintes de fabrication

Un modèle de jante de roue est optimisé pour la rigidité par rapport à 12 cas de chargement, en utilisant une optimisation topologique avec contraintes de fabrication. La roue complète est modélisée, avec une symétrie sectorielle imposée pour l'optimisation de forme.

Nom de l'application:
wheel_topology_optimization_milling
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