Đề tài nghiên cứu khoa học: Ứng dụng AI trong thiết kế cơ khí

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:119

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Ứng dụng AI trong thiết kế cơ khí" nhằm nghiên cứu cơ sở lý thuyết của tối ưu hóa; Nghiên cứu về tối ưu hóa trên các phần mềm (Inventor, Fusion 360, Solid Edge 2020); hướng dẫn cách làm các case study tối ưu hóa trên các phần mềm đó.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học: Ứng dụng AI trong thiết kế cơ khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ỨNG DỤNG AI TRONG THIẾT KẾ CƠ KHÍ S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: SV2020-94 S KC 0 0 7 4 0 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ỨNG DỤNG AI TRONG THIẾT KẾ CƠ KHÍ SV2020 - 94 Chủ nhiệm đề tài: Lê Qui Chí TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020 1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ỨNG DỤNG AI TRONG THIẾT KẾ CƠ KHÍ SV2020 - 94 Thuộc nhóm ngành khoa học: SV thực hiện: Lê Qui Chí Nam, Nữ : Nam Dân tộc: Hoa Lớp, khoa: 16144CL3 Khoa Đào tạo Chất lượng cao Năm thứ: 4 / Số năm đào tạo: 4 Ngành học: Công nghệ kỹ thuật cơ khí Người hướng dẫn: TS. Đặng Quang Khoa TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020 2
MỤC LỤC MỤC LỤC .......................................................................................................................1 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU....................................................................................7 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................8 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ...............................................9 LỜI MỞ ĐẦU ...............................................................................................................11 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ TỐI ƯU HÓA .........................................14 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................16 1. Khái niệm tối ưu hóa cấu trúc: ..............................................................................16 2. Phân loại: ...............................................................................................................16 2.1 Sizing Optimization: ........................................................................................16 2.2 Shape Optimization: ........................................................................................18 2.3 Topology Optimization: ..................................................................................19 3. Ưu nhược điểm của tối ưu hóa ..............................................................................20 3.1 Ưu điểm ...........................................................................................................20 3.2 Nhược điểm .....................................................................................................20 4. Ứng dụng ...............................................................................................................20 4.1 Trong lĩnh vực hàng không .............................................................................20 4.2 Trong lĩnh vực ô tô: .........................................................................................24 4.3 Trong công nghệ in 3D ....................................................................................27 4.4 Trong lĩnh vực kiến trúc ..................................................................................30 4.4.1 Trung tâm Hội nghị quốc gia Doha ..........................................................30 4.4.2 Cấu trúc dầm chữ I ...................................................................................31 5. Quy trình tối ưu hóa thiết kế..................................................................................33 CHƯƠNG III: SHAPE GENERATOR TRONG PHẦN MỀM AUTODESK INVENTOR 2018 ..........................................................................................................35 1. Giới thiệu sơ lược ..................................................................................................35 3
Bài tập 1: Bracket ......................................................................................................36 Tổng quan: .............................................................................................................36 Các bước thực hiện: ...............................................................................................36 2.1 Bước 1: Mở file và vào môi trường Shape Generator: ................................36 2.2 Bước 2: Thêm Material và Constraints: ......................................................37 2.3 Bước 3: Thêm Loads và Preserve Region: ..................................................39 2.4 Bước 4: Điều chỉnh Shape Generator Settings và Promote Shape: ............42 2.5 Bước 5: Thiết kế lại chi tiết: ........................................................................44 2.6 Bước 6: Phân tích phần tử hữu hạn: ............................................................45 Bài tập 2: Tấm đỡ ......................................................................................................49 Tổng quan: .............................................................................................................49 Các bước thực hiện: ...............................................................................................49 2.1 Bước 1: Mở file và vào môi trường Shape Generator: ................................50 2.2 Bước 2: Thêm Material và Constraints: ......................................................51 2.3 Bước 3: Thêm Loads và Preserve Region: ..................................................53 2.5 Bước 4: Điều chỉnh Shape Generator Settings và Promote Shape: ............56 2.6 Bước 5: Thiết kế lại chi tiết: ........................................................................58 2.7 Bước 6: Phân tích phần tử hữu hạn: ............................................................59 CHƯƠNG IV: GENERATIVE DESIGN TRONG PHẦN MỀM FUSION 360..........63 1. Giới thiệu sơ lược ..................................................................................................63 1.1 Nơi dữ liệu Fusion 360 lưu trữ ........................................................................63 1.2 Chiến lược thiết kế ..........................................................................................63 2. Generative Design là gì? .......................................................................................63 3. Sự khác nhau giữa Generative Design so và thiết kế truyền thống .......................64 CHƯƠNG V: SO SÁNH SHAPE GENERATOR, GENERATIVE DESIGN CỦA FUSION 360 VÀ GENERATIVE DESIGN CỦA SOLID EDGE 2020 ......................66 CHƯƠNG VI: CASE STUDIES ...................................................................................68 6.1 Case Study 1: Front Upper Arm trong hệ thống treo ..........................................68 4
6.1.1 Giới thiệu: .....................................................................................................68 6.1.2 Tính toán:......................................................................................................68 6.1.2.1 Xét trường hợp xe và xe kéo đứng yên: ................................................70 6.1.2.2 Tính toán phần Double Wishbone Suspension: ....................................71 6.1.3 Các bước thực hiện: ......................................................................................74 6.1.3.1 Bước 1: Mở file và vào môi trường Shape Generator ...........................74 6.1.3.2 Bước 2: Thêm Material và Constraints .................................................74 6.1.3.3 Bước 3: Thêm Loads và Preserve Region .............................................77 6.1.3.4 Bước 4: Điều chỉnh Shape Generator Settings và Promote Shape........81 6.1.3.5 Bước 5: Thiết kế lại chi tiết ...................................................................83 6.1.3.6 Bước 6: Phân tích phần tử hữu hạn và tối ưu hóa .................................83 6.1.3.7 Kết luận và Phân tích:............................................................................87 6.2 Case study 2: Dầm chữ I......................................................................................89 6.2.1 Giới thiệu ......................................................................................................89 6.2.2 Mục đích nghiên cứu: ...................................................................................89 6.2.3 Phân tích phần tử hữu hạn và Tối ưu hóa:....................................................89 6.2.3.1 Trường hợp thứ nhất: Dầm bị tải bên phải ............................................90 6.2.3.1 Trường hợp thứ hai: Dầm bị tải phân bố đều ........................................95 6.3 Case Study 3: Giá đỡ .........................................................................................100 6.3.1 Giới thiệu chung: ........................................................................................100 6.3.2 Các bước thực hiện .....................................................................................100 6.3.2.1 Bước 1: Mở file và vào môi trường Generative Design ......................101 6.3.2.2 Bước 2: Thêm Material và Loads ........................................................101 6.3.2.3 Bước 3: Thêm Constraints ...................................................................102 6.3.2.4 Bước 4: Điều chỉnh Manufacturing Settings và Generate...................103 6.3.2.5 Bước 5: Hiển thị Stress trong thiết kế .................................................104 6.3.2.6 Bước 6: Tối ưu thêm chi tiết ...............................................................106 6.3.2.7 Bước 7: Phân tích phần tử hữu hạn: ....................................................107 5
6.3.2.8 Bước 8: Thực nghiệm chi tiết ..............................................................111 6.3.2.9 Bước 9: Phân tích và kết luận..............................................................112 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................115 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................116 6
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật về AlSi10Mg ---------- Bảng 3.1 Thông số của vật liệu thép ---------- Bảng 4.1 So sánh sự khác nhau giữa Generative design và thiết kế truyền thống. ---------- Bảng 5.1: So sánh sự khác nhau giữa ba mô đun. ---------- Bảng 6.1 Giá trị của từng biến. Bảng 6.2: Thông số vật liệu Stainless steel. Bảng 6.3: So sánh khối lượng của hai thiết kế. Bảng 6.4: Bảng vật liệu Steel Bảng 6.5: So sánh khối lượng của hai dầm chữ I. Bảng 6.6: So sánh khối lượng của hai thiết kế. Bảng 6.7 Thông số nhựa PLA Bảng 6.8 Thông số chuyển vị của hai giá đỡ. Bảng 6.9 So sánh khối lượng của hai thiết kế. 7
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT SiO: Sizing Optimization ShO: Shape Optimization TO: Topology Optimization SIMP: Solid Isotropic Material with Penalization FE: Finite Element FSD: Fully Stressed Design MDO: Multidisciplinary Design Optimization ODB: Offset Deformable Barrier FBD: Free diagram body. 8
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Ứng dụng AI trong thiết kế cơ khí - Chủ nhiệm đề tài: Lê Qui Chí Mã số SV: 16144013 - Lớp: 16144CL3 Khoa: Đào tạo Chất lượng cao - Thành viên đề tài: STT Họ và tên MSSV Lớp Khoa 1 Hà Nguyễn Như Nguyệt 16144117 16144CL3 Đào tạo CLC 2 Trần Hà Minh Trường 18144199 18144CL2 Đào tạo CLC - Người hướng dẫn: TS. Đặng Quang Khoa 2. Mục tiêu đề tài: - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của tối ưu hóa. - Nghiên cứu về tối ưu hóa trên các phần mềm (Inventor, Fusion 360, Solid Edge 2020) - Hướng dẫn cách làm các case study tối ưu hóa trên các phần mềm đó. 3. Tính mới và sáng tạo: - Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa khối lượng nhưng vẫn đảm bảo về độ bền của chi tiết. 4. Kết quả nghiên cứu: - Đã hoàn thành báo cáo nghiên cứu cơ sở lý thuyết của tối ưu hóa - Đã tối ưu hóa các chi tiết trên các phần mềm (Inventor, Fusion 360, Solid Edge 2020). - Đã hoàn thành hướng dẫn sử dụng modun tối ưu hóa trên các phần mềm thông qua các case study. - In 3D sản phẩm đã được tối ưu hóa trên phần mềm Inventor 2019. 9
5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: - Thiết kế ra sản phẩm có hình dạng độc đáo và mang tính thẩm mỹ hơn. - Thiết kế ra sản phẩm giảm tải khối lượng nhưng vẫn giữ nguyên hoặc làm tăng độ bền. - Phục vụ cho các ngành công nghiệp nặng như hàng không, oto, xây dựng,... - Nắm bắt được xu hướng thiết kế trong tương lai. - Nắm bắt được xu hướng gia công (in 3D) trong tương lai. 6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài TP. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 07 năm 2020 SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài TP. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 07 năm 2020 Người hướng dẫn 10
LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài: - Trong nước: Đất nước ta cũng đã triển khai cuộc cách mạng 4.0 ứng dụng trong ngành cơ khí sẽ dựa trên nền tảng công nghệ số và tích hợp tất cả các công nghệ thông minh để tối ưu hóa quy trình, phương thức sản xuất, tạo ra các “nhà máy cơ khí thông minh”. Những trường đại học trong nước đã biết đến những mô đun tối ưu hóa trong các phần mềm thiết kế và hiện đang triển khai giảng dạy cho các sinh viên. Còn những doanh nghiệp đã nắm bắt được xu hướng thiết kế tối ưu hóa để tạo ra những thiết kế độc đáo, bắt mắt hơn. - Ngoài nước: Năm 2003, bắt đầu tối ưu hóa cấu trúc cánh của một chiếc máy bay để đáp ứng các tĩnh năng và động năng. Mô hình toàn cầu bao gồm khoảng 5.000 vỏ, các yếu tố gân và dằm. Sau đó, công việc đã tập trung vào việc tối ưu hóa hỗn hợp và cấu trúc tổ ong của một radome. Như phần cơ khí và chức năng điện từ trái ngược nhau trong thiết kế, cả hai đều được tối ưu hóa đồng thời dựa trên phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu. Từ năm 2004-2011, Trung tâm hôi nghị quốc gia Doha, Qatar được xây dựng. Bề ngoài giống như hai cái cây lấy cảm hứng từ cây đa Sidrat al-Muntaha, biểu tượng linh thiêng của đạo Hồi, tượng trưng cho sự kết thúc của Thiên đường thứ Bảy, bao quanh mặt tiền bằng kính và nâng đỡ mái vòm phía trên. Từ năm 2005, các nghiên cứu đã tập trung vào tối ưu hóa hình dạng của cấu trúc động cơ aero, ví dụ, đĩa tuabin, cánh quạt, trục, hỗ trợ đàn hồi và các bộ phận vòi phun thuộc một loại phức tạp cấu trúc cong làm việc dưới tải trọng khí động học, quán tính quay tải và điều kiện nhiệt độ cao. Dựa trên các thực tiễn trên, nhận ra rằng tối ưu hóa cấu trúc liên kết cơ bản đã trở nên quan trọng để thúc đẩy sự phát triển công nghiệp biên giới, đặc biệt là thiết kế các hệ thống máy bay và hàng không vũ trụ tiên tiến. 1.2 Lý do chọn đề tài 11
Trong thời đại công nghệ 4.0, vận dụng nhiều đến trí tuệ nhân tạo để giảm bớt khối lượng công việc cũng như nâng cao cuộc sống của con người, nhóm chúng tôi đã chọn đề tài “Ứng dụng AI trong thiết kế cơ khí “để đáp ứng với những yêu cầu của kỹ thuật công nghệ hiện tại và trong tương lai. Đề tài mang xu hướng mới lạ trong tương lai khi vận dụng các modun trong phần mềm để tối ưu hóa hình dáng và khối lượng của các chi tiết máy và các chi tiết trong đời sống hằng ngày. Nó không những có thể tiết kiệm vật liệu mà còn có những hình dạng độc đáo, mới lạ, Đó cũng chính là lý do thúc đẩy nhóm chúng tôi chọn đề tài này. 1.3 Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của tối ưu hóa. - Nghiên cứu về tối ưu hóa trên các phần mềm (Inventor, Fusion 360, Solid Edge 2020) - Hướng dẫn cách làm các case study tối ưu hóa trên các phần mềm đó. 1.4 Phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Cách tiếp cận Sử dụng phương pháp định lượng trong quá trình tính toán, phân tích mô phỏng kết hợp với thực nghiệm nhằm kiểm chứng kết quả. 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu a. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu: Thu thập, phân tích và biên dịch tài liệu liên quan tới nghiên cứu tối ưu hóa thiết kế: đảm bảo tính đa dạng của hình dạng sản phẩm, độ bền và tận dụng được các kết quả của các nghiên cứu mới nhất, phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài b. Phương pháp phân tích thực nghiệm: - Dựa trên các kết quả và thất bại trong thực nghiệm, lựa chọn được thông số phù hợp để in được sản phẩm. - Áp dụng quy trình thí nghiệm trên các thiết kế khác nhau. c. Phương pháp phân tích so sánh: Dựa trên các kết quả về mô phỏng và thực nghiệm so sánh giữa 2 sản phẩm trước và sau khi tối ưu hóa về các yếu tố: 12
- Hình dạng của sản phẩm. - Độ bền của sản phẩm. Từ đó làm sáng tỏ lý thuyết và kết quả có tính thuyết phục cao. 13
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ TỐI ƯU HÓA Trong những thập kỷ gần đây, các phương pháp tối ưu hóa cấu trúc đã đạt được tiến bộ vượt bậc với hiệu suất ngày càng cao của máy tính và thuật toán điện toán. Giải pháp thực tế và phức tạp vấn đề tối ưu hóa trải qua các điều kiện tải phức tạp là làm cho có thể để đáp ứng các buổi biểu diễn thiết kế đa ngành. Trong số những người khác, tối ưu hóa cấu trúc liên kết đã trở thành một trong những kỹ thuật hứa hẹn nhất. Trong Thế kỷ 21, nhiều dự án máy bay và hàng không vũ trụ mới đang được thiết lập tại Trung Quốc. Điều này mang lại những thách thức lớn trong việc phát triển phương pháp thiết kế sáng tạo và xử lý các vấn đề khoa học và kỹ thuật mới được ban hành từ thực tiễn kỹ thuật phức tạp. Ngày nay, các ứng dụng công nghiệp đang trở thành một trong những thách thức quan trọng nhất trong cộng đồng thiết kế tối ưu hóa cấu trúc, đặc biệt là tối ưu hóa cấu trúc liên kết cho các hệ thống cấu trúc máy bay hoặc hàng không vũ trụ. Trong phạm vi này, các công trình nghiên cứu cơ bản và sáng tạo được thực hiện. Nhóm nghiên cứu của Kỹ thuật mô phỏng & điện toán hàng không vũ trụ tại Đại học Bách khoa Tây Bắc ở Trung Quốc đang trở thành một trong những nhóm nghiên cứu tích cực nhất trong ngành học này và được thúc đẩy để phát triển các kỹ thuật và giải pháp sau đây. Năm 2003, thế giới bắt đầu tối ưu hóa cấu trúc cánh của một chiếc máy bay để đáp ứng các tĩnh năng và động năng. Mô hình toàn cầu bao gồm khoảng 5.000 vỏ, các yếu tố gân và dằm. Sau đó, công việc đã tập trung vào việc tối ưu hóa hỗn hợp và cấu trúc tổ ong của một radome. Như phần cơ khí và chức năng điện từ trái ngược nhau trong thiết kế, cả hai đều được tối ưu hóa đồng thời dựa trên phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu. Từ năm 2005, các nghiên cứu đã tập trung vào tối ưu hóa hình dạng của cấu trúc động cơ aero, ví dụ, đĩa tuabin, cánh quạt, trục, hỗ trợ đàn hồi và các bộ phận vòi phun thuộc một loại phức tạp cấu trúc cong làm việc dưới tải trọng khí động học, quán tính quay tải và điều kiện nhiệt độ cao. Vào đầu năm 2006, bị thúc đẩy bởi việc tối ưu hóa đồng thời tải trọng và các cấu trúc hỗ trợ sau chuyến thăm của một số kỹ sư hàng không vũ trụ. Mục đích là để tích hợp tối ưu hóa hình học với tối ưu hóa cấu trúc liên kết cho hệ thống các phương tiện phóng 14
lớn. Do đó, một phương pháp thiết kế tích hợp của một hệ thống đa thành phần đã được phát triển. Cấu hình cấu trúc hỗ trợ và bố trí của các vệ tinh được tối ưu hóa để cải thiện hiệu suất động toàn cầu. Tối ưu hóa hình dạng và kích thước đã được tiếp tục sử dụng để chi tiết hóa thiết kế cấu trúc cho các yêu cầu về độ bền. Do đó, hiệu suất động năng tăng 17% với trọng lượng tiết kiệm hơn 7% so với thiết kế ban đầu. Dựa trên các thực tiễn trên, nhận ra rằng tối ưu hóa cấu trúc liên kết cơ bản đã trở nên quan trọng để thúc đẩy sự phát triển công nghiệp biên giới, đặc biệt là thiết kế các hệ thống máy bay và hàng không vũ trụ tiên tiến. Mục đích của bản thuyết minh này là để trình bày những thành tựu gần đây và cách thức để tối ưu hóa cấu trúc liên kết. Các phương pháp, kỹ thuật và ứng dụng được tóm tắt trong bản thuyết minh này hy vọng sẽ cung cấp được kiến thức cơ bản về đề tài này. 15
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Khái niệm tối ưu hóa cấu trúc: Tối ưu hóa cấu trúc bao gồm quá trình xác định phân phối vật liệu tốt nhất trong miền khối lượng vật lý, để truyền hoặc hỗ trợ (các) điều kiện tải được áp dụng một cách an toàn. Để đạt được điều này, các ràng buộc áp đặt bởi sản xuất và cách sử dụng cuối cùng phải được xem xét. Một số trong số này có thể bao gồm tăng độ cứng, giảm ứng suất, giảm chuyển vị, thay đổi tần số tự nhiên của nó, sản xuất bằng các phương pháp thông thường hoặc tiên tiến. 2. Phân loại: Phân loại theo cách tối ưu hóa:  Sizing Optimization.  Shape Optimization.  Topology Optimization. Hình 2.1: Phân loại cho các loại tối ưu hóa 2.1 Sizing Optimization: SiO là một phương pháp cổ điển và dễ dàng thực hiện bằng cách chọn kích thước mặt cắt của các giàn, dầm và khung hoặc độ dày của màng, tấm và vỏ làm biến thiết kế, như trong hình 2.2. Sizing Optimization có thể được coi là một phương pháp thiết kế chi tiết của mô hình kết cấu liên quan đến một số lượng lớn các thiết kế. Nó đã được phát triển hoàn thiện và đang trở thành phương pháp phổ biến trong cộng đồng kỹ thuật. Trong 16
SiO, kỹ sư hoặc nhà thiết kế biết cấu trúc sẽ trông như thế nào, nhưng không biết kích thước của các thành phần tạo nên cấu trúc đó. Hình 2.2: Tối ưu hóa kích thước cho các cấu trúc trong máy bay Ví dụ, nếu một dầm sẽ được sử dụng, chiều dài và vị trí của nó có thể được biết, nhưng không phải là kích thước mặt cắt ngang của nó (hình 2.3A). Một ví dụ khác là cấu trúc giàn trong đó kích thước tổng thể của nó có thể được biết nhưng không phải là các khu vực cắt ngang của mỗi phần tử giàn (thanh), hình 2.3B. Một ví dụ khác là sự phân bố dày của cấu trúc vỏ. Về cơ bản, bất kỳ tính năng nào của một cấu trúc đòi hỏi kích thước của nó. 17
Hình 2.3: Ví dụ về Sizing Optimization: (A) cấu trúc dầm không có kích thước, (B) cấu trúc giàn chưa xác định kích thước mặt cắt ngang 2.2 Shape Optimization: ShO nhằm mục đích thiết kế các ranh giới hoặc lỗ hổng cấu trúc trong một cấu trúc, như trong hình 2.4. Phương pháp này có thể được sử dụng trong thực tế để cải thiện các vị trí như phân phối ứng suất. Thường tồn tại một số lượng nhỏ các biến thiết kế hình học do tham số hóa liên kết. Vì sự thay đổi liên kết trực tiếp thay đổi mô hình hình học, phân tích độ nhạy hình dạng liên quan đến các biến thiết kế hình học luôn là một vấn đề cần được xem xét cẩn thận. Rõ ràng, cả hai Shape Optimization và Sizing Optimization đều là các quy trình thiết kế chi tiết mà không thay đổi cấu trúc liên kết cụ thể của cấu trúc. Hình 2.4: Tối ưu hóa hình dạng các cutouts trong cấu trúc vách mỏng 18
Trong Shape Optimization, ẩn số là dạng hoặc đường viền của một phần ranh giới của miền cấu trúc. Hình dạng hoặc đường biên có thể được biểu diễn bằng một phương trình chưa biết hoặc bởi một tập hợp các điểm có vị trí không xác định (Hình 2.5). Hình 2.5: Miền thiết kế với đường biên được biểu diễn dưới dạng phương trình f (x, y) 2.3 Topology Optimization: TO nhằm mục đích tìm ra một mô hình rắn tối ưu bố trí vật liệu trên một miền thiết kế cụ thể với các điều kiện biên đã cho, như trong hình 2.6. Phương pháp này thường được sử dụng ở giai đoạn thiết kế sơ khai để tối ưu hóa độ cứng và tần số tự nhiên của cấu trúc. Topology Optimization ban đầu là một giá trị riêng biệt 0-1. Thách thức chuyên môn là giải pháp của một chương trình số nguyên quy mô lớn. Ứng dụng thành công nhị phân Lagrangian cho bài toán số nguyên quy mô lớn đã được tìm thấy trong tác phẩm của Beckers [BEC 97, BEC 99], người đã đề xuất một phương pháp kép để đối phó với các biến thiết kế rời rạc. 19