ارزیابی روش‌های انتخابی بهینه ‌سازی توپولوژی با هدف ساخت قطعه صنعتی به کمک روش ساخت افزودنی: مطالعه موردی

در سال‌های اخیر، بهینه سازی توپولوژی به عنوان رویکردی خلاقانه به منظور طراحی قطعات سبک و با کارایی بالا مورد استفاده قرار گرفته است. با وجود تنوع و گستردگی بالای این روش‌ها، تنها تعداد محدودی از آن‌ها را می‌توان در در نرم‌افزارهای تجاری و قابل استفاده برای هندسه‌های پیچیده یافت. در این پژوهش در گام اول قطعه‌ای صنعتی بازطراحی و سپس به سه روش مختلف بهینه سازی توپولوژی شامل کمینه سازی انرژی کرنشی با متغیرهای پیوسته، کمینه سازی انرژی کرنشی با متغیرهای گسسته و بهینه سازی مقید شده با تنش، تا حدود 60 درصد سبک سازی می‌گردد. سپس پارامترهایی نظیر بیشینه تنش و جابه‌جایی، ضریب ایمنی، میزان همگرایی و خطای ناشی از آن، وزن نهایی و هزینه محاسباتی در هر رویکرد مقایسه می‌شود. هدف اصلی از این مطالعه یافتن بهترین روش در دسترس به منظور سبک سازی این قطعه می‌باشد. در نهایت می‌توان نتیجه گیری نمود که با وجود تفاوت‌هایی در عملکرد و نتیجه هر رویکرد، تمامی روش‌ها قابل قبول هستند اما روش کمینه سازی انرژی کرنشی با متغیر پیوسته در عین رسیدن به وزن مناسب، تمرکز تنش کمتری خواهد داشت. لازم به ذکر است که عموما هندسه‌های بهینه سازی شده دارای پیچیدگی‌های فراوانی هستند و به دلیل پتانسیل و انعطاف پذیری بالای فناوری‌های ساخت افزودنی تنها به کمک این روش‌ها قابل تولید می‌باشند.

evaluation of selected topology optimization methods for manufacturing industrial parts using additive manufacturing method: a case study

in recent years, topology optimization has been used as an innovative approach to design lightweight and high-performance components. despite the high variety of developed topology optimization approaches, only a limited number of them can be used in commercially available software programs, and in particular, for complex geometries. three different types of these methods have been utilized and investigated in this research. in the first step, an industrial part is redesigned for topology optimization. then, the volume of this part is reduced by 60% by three different methods of continuous compliance optimization (cco) , discrete compliance optimization (dco) , and stress-constrained optimization (sco) . then, a number of parameters, such as the maximum stress and displacement, safety factor, error of convergence, the final weight, and the computational cost of each approach are assessed. finally, in a nutshell, it can be concluded that despite the differences in the performance and result of each method, all of them are applicable, but the sco method could achieve the best result due to the minimum stress concentration and final weight. it is noteworthy that topology optimization configurations have many complexities and can only be produced by additive manufacturing technologies due to their potential and flexibility.