Home / Articles / SOLIDWORKS กับ Topology Optimization

SOLIDWORKS กับ Topology Optimization

Topology Optimization เป็นฟีเจอร์ใหม่ของทาง SOLIDWORKS ที่ช่วยให้วิศวกร นักวิจัยหรือผู้คนที่ใช้งานทั่วไปสามารถเข้าถึงจุดที่ต้องการของประสิทธิภาพของชิ้นงาน ซึ่งเมื่อตั้งเงื่อนไขของชิ้นงานให้มีเงื่อนไขที่ว่าความแข็งแรงเท่าเดิมโดยที่มีน้ำหนักของชิ้นงานที่ลดลงนั้น ด้วยกระบวนการ Optimization นั้นเราก็จะได้รูปทรงของชิ้นงานที่เป็นไปตามเงื่อนไขทั้งสองนี้ได้ กระบวนการที่อยู่เบื้องหลังคือการทำระเบียบวิธีทางไฟไนต์อิลิเมนต์หลายๆครั้งพร้อมๆกับลบอิลิเมนต์ที่ไม่ส่งผลกับความแข็งแรงของชิ้นงานนั้นทิ้งไปก็จะได้รูปทรงที่เบาและแข็งแรงนั่นเอง

เบื้องหลังการทำ Topology Optimization

เบื้องหลังการคำนวนทาง Topology Optimization คือการหาค่าต่ำสุดของคอมเพลียนเมทริกซ์ [C] ซึ่งคอมเพลียนเมทริกนี้จะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อเนื้อของชิ้นงานนั้นเปลี่ยนแปลงไป ค่าของคอมเพลียนเมทริกที่ต่ำสุดนี้ก็คือจุดที่โครงสร้างมีความแข็งแรงสูงที่สุด โดยที่จะมีเงื่อนไขของการหยุดกระบวนการหาค่าคอมเพลียนเมทริกนี้คือเมื่อเนื้อของชิ้นงานเหลือน้ำหนักตามที่ต้องการนั้นก็จะหยุดกระบวนการทำ Optimize ทั้งหมด

ซึ่งอัลกอริทึมในการคำนวนนั้นจะค่อย ๆ ลบเนื้อวัสดุทิ้งไปเรื่อย ๆ โดยใช้หลักการของอัตราส่วนของความหนาแน่นของอิลิเมนต์ต่อความหนาแน่นอ้างอิง เมื่ออิลเมนต์มีความหนาแน่นของวัสดุลดลง อัตราส่วนความหนาแน่นนี้ก็จะเข้าใกล้ค่าศูนย์นั่นคือเริ่มที่จะเกิดช่องว่างหรือเนื้อวัสดุจะหายไป จากนั้นก็จะตรวจสอบ การทำการคำนวนวนลูป

การทำให้สามารถผลิตได้ Manufacturing Capability

การค่อย ๆ ลบเนื้อของชิ้นงานออก ถ้าเราไม่ควบคุมรูปแบบของการนำเนื้อออกแล้วเราก็จะพบว่าชิ้นงานที่ได้นั้นมีรูปร่างที่ที่เว้า ๆ แหว่ง ๆ แม้ว่าชิ้นงานจะได้น้ำหนักและความแข็งแรงตามต้องการแต่จะเกิดปัญหาในการผลิตขึ้นมาแทน ดังนั้นจึงต้องมีการกำหนดรูปแบบของการนำเนื้อของชิ้นงานออก

ชิ้นงานบางกรณีที่ไม่ได้ควบคุมเงื่อนไขการทำ Topology Optimization ทำให้ไม่สามารถผลิตได้

การกำหนดรูปแบบของการนำเนื้อออกแบบสมมาตรนั้นสามารถก็เป็นรูปแบบหนึ่งที่ใช้กันแพร่หลาย เนื้อสองข้างของระนาบที่กำหนดไว้ให้เป็นระนาบสมมาตรนั้นจะถูกนำออกเท่า ๆ กัน

การกำหนดความหนาให้กับชิ้นงานนั้นเป็นกระบวนการการป้องกันการเกิดรูปทรงเป็นเส้นบางเกินกว่าจะสามารถสร้างได้ด้วยกระบวนการที่มี ดังนั้นจึงต้องกำหนดขนาดความหนาน้อยที่สุดที่ยอมให้ได้สำหรับชิ้นงาน

จุดเชื่อมต่อของชิ้นงานอย่างเช่นรู ร่อง ขอเกี่ยวนั้นจำเป็นต้องมีเนื้อของชิ้นงานอยู่เพื่อรองรับการถ่ายโอนแรงและเพื่อเป็นที่ติดตั้งชิ้นส่วนอื่น เช่นตลับลูกปืน ซีลยาง ซึ่งจุดเชื่อมต่อเหล่านี้เราไม่ต้องการให้ถูลบออกไปจากการทำ Topology Optimization ดังนั้นเราจึงต้องรักษาเนื้อบริเวณส่วนนี้ไว้ด้วยการ สร้าง Preserver Region อย่างรูของชิ้นงานนั้นก็จะสร้าง Preserver Region เป็นรูปท่อทรงกระบอกคลุมผิวของรูไว้

การกำหนด Demold นั้นเป็นการกำหนดทิศทางการนำเนื้อของชิ้นงานออกเพื่อให้เกิดชิ้นงานที่สามารถนำไปขึ้นรูปและถอดแม่พิมพ์ออกตามทิศทางที่ต้องการได้

ซึ่งชิ้นงานที่ได้กำหนดรูปแบบการนำเนื้ออกนั้นจะมีรูปร่างที่สามารถนำไปผลิตต่อได้ง่าย

ขอบเขตเงื่อนไขการทำ Optimization

ในการทำ Optimization นั้นตามกระบวนการแล้วส่วนใหญ่จะเป็นการหารูปทรงที่มีน้ำหนักเบาและความแข็งของชิ้นงานตามที่ต้องการ ในการกำหนดน้ำหนักให้กับชิ้นงานเพื่อเป็นขอบเขตในการทำ Optimization นั้น

จะกำหนดเป็นจำนวนเปอร์เซนต์ที่ลดลงหรือกำหนดเป็นค่าน้ำหนักที่ต้องเลยก็ได้ การกำหนดขอบเขตน้ำหนักที่น้อยเกินไปส่งผลให้ไม่สามารถหารูปทรงได้ ในการกำหนดนั้นให้กำหนดที่ละน้อยเช่น 60% แล้วปรับรูปทรงแล้วทำ Optimize อีกครั้งเช่นนี้วนไปเรื่อยๆจนได้รูปทรงชิ้นงานและน้ำหนักที่ต้องการ

ขอบเขตอีกอย่างที่ต้องกำหนดนั่นคือความแข็งแรงของชิ้นงาน การกำหนดความแข็งแรงนั้นสามารถกำหนดได้จากคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ไม่ว่าจะเป็น Yield Strength หรือ Tensile Strength ซึ่งขึ้นอยู่กับการใช้งานของชิ้นงานที่ออกแบบ

การส่งรูปร่างที่ได้เข้าไปแก้ไข  (Upload Optimization Shape to Model)

รูปร่างที่ได้จากการทำ Topology Optimization นั้นจะมีลักษณะเป็นอิลิเมนต์เล็กเรียงต่อๆกันทำให้ผิวโดยรวมมีลักาณะขรุขระไม่เป็นที่ต้องการในการสร้างชิ้นงาน ดังนั้นจึงต้องมีการปรับแต่งชิ้นงานเริ่มต้นเองโดยการส่งไฟล์ที่ Optimize ไปซ้อนทับกับชิ้นงานเริ่มต้น แล้วใช้ฟังก์ชั่นการขึ้นรูปชิ้นงานตัดแต่งชิ้นงานจนได้รูปร่างที่เหมือนกับชิ้นงาน Optimization

จะเห็นได้ว่ากระบวนการ Topology Optimization นั้นสามารถช่วยเราในการออกแบบชิ้นงานได้โดยที่ชิ้นงานนั้นยังมีความแข็งแรงในโครงสร้างตามที่ต้องการและยังมีน้ำหนักเบาลงอีกด้วย อีกทั้งยังช่วยลดระยะเวลาในการออกแบบชิ้นงานลงอย่างมาก

 

บทความโดย แอดโจ๊ก

สนใจ SOLIDWORKS ติดต่อเราได้ที่

โทร 02-089-4145 (จ-ศ 8.30 – 17.00 น.)

LINE@ : @metrosolidworks คลิก https://bit.ly/2yrNF24

เว็บไซต์ https://metrosystems-des.com/contact-us/

YouTube https://www.youtube.com/user/MetroSolidWorks

Facebook Fanpage https://www.facebook.com/metrosolidworks/

Inbox มาเลยก็ได้น้า

รัก SOLIDWORKS สุด ๆ  คลิกเลย https://www.facebook.com/groups/2076765539017446/

About metrosystemadmin

Check Also

ประยุกต์ใช้ฟังก์ชัน Cavity ในการเขียนกาวเคลือบชิ้นงาน