Topologinen optimointi

No Thumbnail Available
Files
Uitto_Aaro_2024.pdf (1.09 MB)
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Date
2024-04-21
Department
Major/Subject
Kone- ja rakennustekniikka
Mcode
ENG3043
Degree programme
Insinööritieteiden kandidaattiohjelma
Language
fi
Pages
34
Series
Abstract
Konetekniikassa topologista optimointia sovelletaan useimmiten kappaleen massan ja lujuuden välisen suhteen parantamiseen. Optimoitavien kappaleiden ja niiden kuormitusolosuhteiden monimutkaisuuden johdosta analyyttiset ratkaisut optimointitapauksiin olisivat kohtuuttoman työläitä. Tästä syystä lähes kaikki optimointiprosessit hyödyntävät nykyisin numeerisia menetelmiä, kuten elementtimenetelmää. Topologisella optimoinnilla voidaan saavuttaa merkittäviä etuja perinteisempiin suunnittelumenetelmiin verrattuna. Ylimääräisen massan eliminointi rakenteista voi muun muassa pienentää dynaamisissa kokoonpanoissa esiintyviä kiihtyvyyksistä aiheutuvia voimia, vähentää materiaalikustannuksia tai alentaa polttoainekustannuksia lentoteollisuudessa. Optimointiprosesseihin liittyy kuitenkin lukuisia ongelmia, kuten numeerisista menetelmistä johtuvia epätarkkuuksia. Muun muassa diskretisointiresoluutio ja käytössä olevat suodatusmenetelmät voivat vaikuttaa merkittävästi optimointitulosten laatuun. Optimoidut kappaleet ovat myös usein monimutkaisten muotojensa takia valmistustekniikan kannalta haastavia toteuttaa. Materiaalia lisäävät valmistusmenetelmät ovat avainasemassa topologisen optimoinnin käytännöllisen hyödyntämisen yhteydessä, mutta näilläkin valmistusmenetelmillä on merkittäviä heikkouksia. Topologisen optimoinnin kehityksen ja yleistymisen myötä optimointeja voidaan suorittaa myös useimmissa CAD-ohjelmistoissa. Aalto-yliopiston Windows-työasemilla on käytettävissä seitsemän eri ohjelmistoa, joilla voidaan suorittaa topologisia optimointeja. Vaikka ohjelmistojen optimointitoiminnoissa on runsaasti samankaltaisuuksia, esiintyy niissä myös merkittäviä eroja. Topologinen optimointi CAD-ohjelmaa hyödyntäen tuo mukanaan myös omat virhelähteensä, kuten esimerkiksi elementtimenetelmän rajoitteista johtuvat epätarkkuudet. Onnistunut optimointiprosessi edellyttää näiden tekijöiden huomioimista ja niiden haittavaikutusten minimoimista. Suunnittelumenetelmänä topologinen optimointi on kuitenkin verrattain uusi, joten sen hyödyntäminen todennäköisesti yleistyy nopeaa vauhtia tulevina vuosina. Olennaisena hankaluutena on aiemmin mainitut valmistustekniikan asettamat rajoitteet sekä niistä aiheutuva tuotannon kustannusten nousu.
Description
Supervisor
Viitala, Raine
Thesis advisor
Jaakma, Kaur
Keywords
FEM, diskretisointi, level-set, mesh dependance, shakkilautailmiö, SIMP
Other note
Citation