Parametric design development of flotation cell structural analysis

Abstract

This thesis studies how well parametric design principles could enhance the workflow of structural analysis team, working on project deliveries. The case was focused on flotation machines, that are tanks where air bubbles are induced into the slurry withing the tank, and those small bubbles lift the chosen particles to the top, separating them from the rest of the slurry.

The case study was applied to mechanical froth flotation machines. This thesis explores the governing features of these machines by their geometry, breaks it down to suitable submodels, and builds a working parametric model that allows the user to generate different variations of the product with minimal effort.

The actual study aims to measure the time savings with the parametric model and compare that to the conventional workflow. The relevant data was collected from the structural analysis team that works with the flotation machines on delivery projects. The study found that, on average, the parametric model could save around 66-75% of the overall pre-processing time but acknowledged that the volatility of the result is highly subject to the case at hand. A well suited, simple analysis could pass its preprocessing stage in just couple of hours, while a highly customized case would benefit far less compared to the total time of time used in such cases.

The study concludes by considering the challenges of implementing a parametric model to a product line. These challenges revolve around the effort of updating the code as it requires programming skills, the dependency of Ansys development decisions, and the actual upfront effort to build the component libraries before the model can reach its full potential. The final words of the thesis are aimed to help the future development of the tool, and to collect the known shortcomings of the current prototype.

Tämä opinnäyte tutkii, kuinka hyvin parametrisen suunnittelun periaatteet pystyvät parantamaan projektitoimitusten parissa työskentelevän lujuuslaskentatiimin työtehokkuutta. Tässä työssä keskitytään erityisesti vaahdotuskennoihin, jotka ovat säiliöitä, joissa ilmakuplien avulla pystytään erottelemaan haluttuja partikkeleita muusta prosessivirtauksesta.

Työssä keskityttiin tutkimaan mekaanisia vaahdotuskennoja, joiden rakenne oli tarkastelun kohteena. Rakenteesta tunnistettiin sen tärkeimmät geometriset piirteet, jotka jaettiin sopiviksi geometrian paloiksi, jota parametrinen malli pystyi hyödyntämään. Näitä palasia hyödyntämällä käyttäjä pystyy luomaan useita variaatioita vaahdotuskennoista todella vähäisellä vaivalla.

Itse tutkimus pyrki mittaamaan parametrimallin tuomaa hyötyä ajallisesti. Tietoa kerättiin kennojen kanssa työskentelevältä lujuuslaskentatiimiltä. Tutkimus sai tuloksekseen, että parametrimallia hyödyntämällä voitiin säästää 66-76% geometrian ja analyysin valmisteluun käytettävästä ajasta (preprocessing.) Toisaalta tuloksissa tunnistettiin myös suurta epävarmuutta tulokseen liittyen, sillä riippuen geometrian ja tutkittavien teemojen sopivuudesta saattoi säästetty aika olla joko huomattavasti isompi osuus tai sitten huomattavasti pienempi.

Työn yhteenvedossa keskustellaan lisäksi tämän parametrimallin haasteista, joita ovat esimerkiksi sen jatkuvan päivittämisen tarve liitettynä siihen liittyvä ohjelmointiosaamiseen, riippuvuus Ansyksen tuotteiden kehittymisestä tulevaisuudessa, sekä työkalun vaatima työ sen mallikirjaston prosessoinnissa ennen kuin työkalu saavuttaa sen täyden potentiaalin. Työn lopussa keskustellaan vielä muutamista jatkokehitys ideoista, joiden toivotaan auttavan mallin ylläpitoa ja kehittämistä tulevaisuudessa.