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Autor Thema:  Parametrisierung und Optimierung einer Wandstärke variabel über eine Richtung (1015 mal gelesen)
saab900
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erstellt am: 07. Okt. 2021 10:33    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo zusammen,
ich stehe vor der Aufgabe eine Optimierung der Geometrie einer rotierenden „Scheibe“ durchzuführen. Es handelt sich um die Grundfläche eines Impellers, also nicht wirklich um eine Scheibe. Da die Frontseite durch die Strömung vorgegeben ist, bleibt die Rückseite der Tragscheibe als variable Geometrie übrig. Diese würde ich nun gern parametrisieren.
Die Idee zum Vorgehen ist nun wie folgt:
1. Einteilung der rückseitigen Fläche der Tagscheibe in Kreisringe, also Aufteilung in radialer Richtung.
2. Verschiebung eines jeden Kreisrings durch den Optimierungsalgorithmus, sodass sich eine variable Plattendicke ergibt
3. Ziel der Optimierung soll das unterschreiten eines Grenzwertes der Spannung sein (Zielfunktion)
Nun meine Fragen, da ich eine solche Art der Parametrisierung in der WB noch nicht durchgeführt habe.
• Wie kann man die Einteilung der Fläche erreichen? Im Spaceclaim kann man Flächen vereinen, kann man sie auch teilen? Dass es beim Volumen geht, kenne ich, aber bei einer Fläche? Oder müsste man dann wirklich das Volumen in Ringe teilen?
• Die Parametrisierung des Volumens oder der Masse ist mir klar. Aber wie kann man einen geometrischen Wert wie die „Dicke“ als Parameter setzen? Geht das überhaupt so einfach, denn die Kontur ist ja so, dass auch innerhalb des Rings keine konstante Wandstärke herrscht?

Danke vorab!!
Beste Grüße

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saab900
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erstellt am: 12. Okt. 2021 12:36    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


Flaechenteilung-Verschiebung.JPG


Parameterisierung.JPG

 
Hallo nochmal in die Simulanten-Runde 😉
Leider gibt es noch Keinen, der auf den Beitrag geantwortet hat. Ich habe mich etwas weiter vorgekämpft und stehe nun an folgendem Punkt und damit vor folgender Herausforderung, die ich in den Tutorials noch nicht finden konnte:
Ich habe die Geometrie, wie beschrieben, in Kreisringe eingeteilt bekommen (12 Segmente)
Jedem Segment habe ich eine Verschiebung in Spaceclaim gegeben und den Parameter gesetzt
Nun möchte ich aber eigentlich nicht nur viele Parameter vorgeben und schauen wie sich das Ergebnis ändert, sondern umgekehrt vorgeben, dass die Spannung im jeweiligen Kreisring einen bestimmten Wert nicht überschreiten darf. Die Verschiebung des Kreisrings soll also so lange variiert werden, bis der maximale Wert der Vergleichsspannung unter einem definierten Grenzwert liegt.
Ich weiß leider nicht, ob und wie das genau geht. Kann wirklich niemand helfen von den Erfahrenen unter euch?

Gruß

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Jens.Friedrich
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ANSYS2021 R2

erstellt am: 12. Okt. 2021 14:39    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für saab900 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Saab900,

es handelt sich aus meiner Sicht der Dinge um ein Axisymmetrisches Problem welches auch so gelößt werden sollte um schnell und effizient zu einer Lösung zu kommen. Kannst du bitte die Lasten aufzeigen? Oder wirkt hier nur die Rotationslast?

Des weiteren sollte es keine Sprünge in der Geometrie geben, sondern einen Kurvenverlauf über dem Radius, da zu Spannungssingularitäten kommt und solch eine Geometrie auch in Realität sehr ungünstig ist.
Ein Vorschlag wäre mit einem linearen Dickenverlauf zu arbeiten und dann eventuell weitere Stützstellen einzuarbeiten. Dies sollte bei einer 2D Geometrie auch gut zu parametrisieren sein.

Ein gutes Einarbeitungsbeispiel wäre "FEM für Praktiker" Band1 BSP24 "Plattenfedermanometer-Membran Optimierung"
Natürlich bietet ANSYS heute viel bessere Optimierungsalgorithmen aber der generelle Workflow könnte ähnlich aussehen.
Das Buch findet man in jeder größeren UniBib leider häufig extrem verstaubt aufgrund seines Alters.


------------------
Gruß
Jens

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Duke711
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erstellt am: 12. Okt. 2021 16:47    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für saab900 10 Unities + Antwort hilfreich

Wenn die Geometrie als variabler Parameter einer Bedingungsschleife mit Abbruchkriterum geändert werden soll, dann geht das nur über die Programmieroberfläche ACT per Python. APDL ist hier leider nicht ausreichend, da hiermit nur der Solver angesteuert werden kann.

Einfacher dürfte es sein mit mehreren Variantenstudien unterschiedlicher Geometrie zu rechnen um dann z.B. mit Optislang eine Sensitivitätsanalyse  durchzuführen. Denn wenn das Abbruchkriterum nicht erfüllt werden sollte, hängt das Programm in einer Endlosschleife. Zumal man für das Abbruchkriterum erst einmal die Toleranz ausloten und eine konvergente Rechnung sicher stellen muss, denn die Toleranz sollte keiner großen Dynamik unterliegen. 

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 12. Okt. 2021 editiert.]

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Jens.Friedrich
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ANSYS2021 R2

erstellt am: 12. Okt. 2021 17:29    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für saab900 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Zusammen,

natürlich kann APDL auch eine Geometrie erzeugen, sonst hätte man ja mittels classic gar nichts machen können.

Ein schönes BSP findet sich hier:
https://sites.ualberta.ca/~wmoussa/AnsysTutorial/BT/Solid/Solid.html

Das funktioniert natürlich auch heute noch genauso. Classic eignet sich für solche trivialen Aufgaben (Ein paar Stützpunkte mit einer Spline verbinden, linien zeichnen, dann ne fläche draus machen und diese dann vernetzen) sogar blendend.

Da ADPL eine Programmiersprache ist kann man natürlich jeden Stützpunkt anpassen indem man entsprechende Parameter vergibt (zb. XSP_1,YSP_1,XSP_2,YSP_2......)

Diese Parameter kann man nachfolgend auch optimieren. Wie ist ebenfalls in dem oben genannten BSP im Buch FEM für Praktiker beschrieben. Ich habe hier noch eine Ausgabe von 2000 (ANSYS 5.5) also wurden solche Probleme bereits vor über 20 Jahren mit ein paar Elementen hinreichend genau gelöst.

Das ist also keine neue Aufgabe und auch keine Raketentechnik sondern eine der Basisaufgaben der FEM solche Optimierungen durchzuführen.

------------------
Gruß
Jens

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Duke711
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erstellt am: 12. Okt. 2021 19:03    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für saab900 10 Unities + Antwort hilfreich

Der Fragesteller arbeitet mit der Workbench und die Goemetrie wurde in Spaceclaim erstellt und somit kann man diese eben nicht, wie behauptet, per APDL ändern. Da die Workbench und Spaceclaim überhaupt nichts mit dem Solver deren Skriptsprache via APDL zu tun haben, sondern auf Python basieren.

Nachtrag:

Man sollte auch beachten, dass neben der Fehleranfälligkeit der Berechnungsaufwand mit einer Berechnungsschleife um ein vielfaches höher ist. Eine zielgerichtete Sensitivitätsanalyse führt meist deutlich schneller zum Ziel.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 13. Okt. 2021 editiert.]

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Jens.Friedrich
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ANSYS2021 R2

erstellt am: 13. Okt. 2021 09:13    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für saab900 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Saab900,

wie Duke schreibt kann man SpaceClaim nicht per APDL ansprechen, da sind wir uns völlig einig.
Wenn also WB inkl. SpaceClaim genutzt werden muss kann man Geometrien auf 2 Arten in SC parametrisieren:
Für einfache Probleme sollte dies mit der internen Parametrisierung möglich sein.
Falls es komplexer wird braucht man Phyton. Beide Vorgehensweisen sind hier beschrieben:

https://www.youtube.com/watch?v=EQFMuUtpRlo

Aus meiner Sicht ist es viel einfacher das Problem direkt in Classic per APDL zu lösen.
Ein entsprechendes BSP habe ich die oben genannt. Das BSP verwendet die Optimierer der Classic Oberfläche.

Sollen die neueren Optimierungsmöglichkeiten der Workbench genutzt werden kann man das APDL Skript auch in WB übergeben und dort mit dem Optimierer deiner Wahl optimieren lassen.

Welchen Optimierer man dann verwendet ist Geschmackssache.
Für einfache Probleme mit wenigen Parametern sollte der interne Optimierer völlig ausreichend sein. Da aus meiner Sicht eine Spline mit mehr als 4 Stützstellen keinen Sinn macht wäre also der interne meine Wahl der Dinge.

Für sehr große Parameterräume könnte man auch Optislang einbinden. Da ist Nutzen gegen Kosten zu bewerten.

Es gibt also mehrere Wege die zum gleichen Ziel führen sollten.

Gruß
Jens

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saab900
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erstellt am: 14. Okt. 2021 09:54    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo zusammen,
zu Beginn erst einmal vielen Dank für eure Gedanken und ich sehe, dass es doch verschiedene Ansätze gibt.
Auf den ersten Blick scheint mir der letzte Post der gangbarste Weg zu sein. Allerdings habe ich trotzdem nochmal ein paar Verständnisfragen, auch zu den anderen Ansätzen...

Info zu Lasten und Zweck der Berechnung:

Das Modell ist die Tragscheibe eines Impellers ohne den Blades. Die Vorderseite wird somit von der Kontur der Blades bestimmt und ist festgelegt. Die Rückseite hingegen ist variabel. Aktuell wirkt nur die Rotationsgeschwindigkeit und damit die Trägheitslasten. Wenn so ein geometr. Optimum der Scheibe gefunden ist, sollen im nächsten Schritt die Blades wieder angebracht werden und auch die Aerodynaischen Lasten, sowie eine detailliertere Abbildung der Lagerbedingung berücksichtigt werden. Ich muss leider so allgemein in der Beschreibung bleiben - hoffe aber, dass es für das Verständnis ausreichend ist.

Jetzt die Fragen:

1. Axisymmetrisch heißt, dass man nur in einer Ebene rechnet und die Ergebisse dann spiegelt/ rotiert... verstehe ich das richtig?
2. An Singularitäten habe ich tatsächlich auch gedacht, hatte aber noch keine bessere Idee gehabt, wie der Querschnitt in Radialer Richtung variabel gestaltet werden kann
3. "linearer Dickenverlauf" klingt gut - nur wie wäre dann die Frage? Ich schaue also mal, dass ich das empfohlene Buch irgendwoher bekomme, vielleicht erklärt es sich dann da.
4. Wenn ich Classic nutze (und das würde ich jetzt erstmalig tun, da ich schon zu der Generation gehöre, für die Classic irgendwie fremd ausschaut) wäre die Frage, wie ich die Schnittkontur des stp. dort hinein bekommen, um dann die Rückseite durch Stützstellen und Splines zu definieren?????
5.Eine zielgerichtete Sensitivitätsanalyse... https://www.youtube.com/watch?v=cyYvyTgsP-A Ist das gemeint?
6. @ Herr Friedrich: Es muss nicht zwangsläufig WB genutzt werden, aber in Classic habe ich keine Erfahrung wie oben gesagt 

Daher würde ich mal die letzte vorgeschlagene Variante probieren mit dem internen Optimierer. Ich gebe ein Feedback, ob es geklappt hat.

viele Grüße

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Duke711
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erstellt am: 14. Okt. 2021 15:19    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für saab900 10 Unities + Antwort hilfreich

Ja, bei einer stupiden Berechnungsschleife werden alle möglichen Kombinationen mehrfach berechnet, was entweder nicht zum Ziel führt, da die Spannweite der gewählten Parameter zu gering ist. Oder viel zu lange dauert, da die Spannweite der gewählten Parameter zu groß ist und beo mehreren Parameter die Anzahl aller möglichen Kombinationen sich potenziert. Denn die stupide Berechnungsschleife erkennt keine Korrelation und kann somit keine Trends erstellen. Und Optislang lohnt sich schon bei einfachen Volumenkörper wie in dem CADFEM Beispiel zu sehen war.

Man kann ja gerne mal das einfache Beispiel der Plattenfeder-Membran ausprobieren, das nur auf 12 Stützpunke und einfachen Schalenelementen mit einer sehr überschaubaren Knotenanzahl besteht.

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Jens.Friedrich
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ANSYS2021 R2

erstellt am: 15. Okt. 2021 09:42    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für saab900 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Saab900,

ich antworte direkt nach deinen Fragen!

Zitat:
Original erstellt von saab900:

1. Axisymmetrisch heißt, dass man nur in einer Ebene rechnet und die Ergebisse dann spiegelt/ rotiert... verstehe ich das richtig?
Axisymmetrisch heißt dass dein Problem axialsymmetrisch ist und daher mit speziellen axisymmetrischen Elementen (Plane 182 ua) gelößt werden kann.
Dafür muss man die Geometrie scheiden und die Schnittoberfläche als Flächenkörper auf die XY Ebene bringen (Y=rotationsachse) dann die Geometrie auf 2D stellen und dann Axisymmetrisch in Mechanical wählen.
Vernetzt wird nur ein Schnitt durch deinen axisymmetrischen körper. Per Symmetrie kann das Ergebnis auf 360° expandiert werden damit es so aussieht als hätte man mit Solids gerechnet.
2. An Singularitäten habe ich tatsächlich auch gedacht, hatte aber noch keine bessere Idee gehabt, wie der Querschnitt in Radialer Richtung variabel gestaltet werden kann
Im einfachsten Fall macht man einen Versuch mit einer Höhe innen und einer Höhe außen und einem linearen Verlauf über dem radius
3. "linearer Dickenverlauf" klingt gut - nur wie wäre dann die Frage? Ich schaue also mal, dass ich das empfohlene Buch irgendwoher bekomme, vielleicht erklärt es sich dann da.
4. Wenn ich Classic nutze (und das würde ich jetzt erstmalig tun, da ich schon zu der Generation gehöre, für die Classic irgendwie fremd ausschaut) wäre die Frage, wie ich die Schnittkontur des stp. dort hinein bekommen, um dann die Rückseite durch Stützstellen und Splines zu definieren?????
Idealerweise baust du dir deine Geometrie selbst mit ein paar K,,,, und L,,, befehlen. Das ist in dem Verlinkten Tutorial auch gut erklärt. Wenn du wirklich mit APDL arbeiten magst besorge dir unbedingt FEM für Praktiker.

5.Eine zielgerichtete Sensitivitätsanalyse... https://www.youtube.com/watch?v=cyYvyTgsP-A Ist das gemeint?
6. @ Herr Friedrich: Es muss nicht zwangsläufig WB genutzt werden, aber in Classic habe ich keine Erfahrung wie oben gesagt  

Daher würde ich mal die letzte vorgeschlagene Variante probieren mit dem internen Optimierer. Ich gebe ein Feedback, ob es geklappt hat.

viele Grüße [/B]


Wahrscheinlich am aller einfachsten ist einen Schnittkörper in Spaceclaim zu definieren und dort dann die Höhe innen und Höhe am Außenradius als Parameter zu definieren (Input)
Als Output dient dir die Spannung.
Wenn Input und Output stehen kannst du dann den Optimierer rennen lassen.


------------------
Gruß
Jens

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saab900
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Hallo,
ich möchte mich erstmal für die bisherige Hilfe bedanken. An dem Thema bin ich noch dran, nur drängen sich schon wieder Themen des Tagesgeschäfts in den Vordergrund, daher noch kein Feedback, ob es erfolgreich war. Das werde ich noch geben!

Danke!

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saab900
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erstellt am: 01. Feb. 2022 17:44    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


2D-Kontur_Schnittkoerper_para.jpg

 
Hallo Jens,
ich bin aktuell dabei, das beschriebene Problem nochmal anzugehen und möchte deine vorgeschlagene Varainte im Spaceclaim mal testen. Leider stoße ich hierbei wiedermal auf einige Unwegbarkeiten in der Umsetzung. Das Prinzip ist mir völlig klar.In den Tutorials funktioniert es auch ohne Probleme...

Nun habe ich folgendermaßen begonnen. Ich habe mir eine 2D-Schnittkontur erzeugt und diese mit 4 Punkten entlang des Radius (inkl. den Randpunkten)versehen, mit denen ich eine bestimmende Bemaßung umsetzen wollte. Also statt Höhe innen und Höhe außen noch zwei Zwischenpunkte gelegt. (s. Bild)
Leider scheitere ich schon an der Parametrisierung der Höhen (Dicke).

Ich wollte jetzt jeweils den Abstand der oberen Fläche zur unteren mittels des Punktabstands parametrisieren. Dabei soll der untere Punkt der Verschiebbare sein.

Nun die "Herausforderungen":

1. Der Richtungsvektor geht trotz Definition in x nach Abschluss der Aktion immer senkrecht zur Fläche statt in die definierte Richtung
2. Wähle ich für das "Ziehen" die Kante an, so kann man nicht mehr unterteilen bei der Parametrisierung, wähle ich den Punkt an, kommt zu Punkt1.
3. Wird denn dann zwischen den Punkten automatisch ein Spline erzeugt oder könnte auch eine "ungewollte" Stufe entstehen?

Danke und Gruß

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