«ПОИНТ» — официальный дистрибьютор Autodesk в России +7 (495) 781-54-81 point@pointcad.ru

Применение Generative Design для оптимизации конструкции кронштейна авиадвигателя

Разговоры о порождающем проектировании идут уже давно. Мы видим все новые и новые примеры реального воплощения этой технологии в новостных лентах, научных статьях и социальных сетях. Оно тесно связано с аддитивными технологиями 3D-печати. Сегодня ими уже никого не удивить, но, на- пример, пять лет назад мало кто мог представить, что напечатанные детали можно использовать в автомобильной промышленности и самолетостроении. Тем не менее, такие примеры уже есть, и их эксклюзивность превращается в нечто привычное. General Motors анонсирует использование напеча- танных деталей в своих автомобилях, Airbus оснащает самолеты легкими перегородками с биони- ческими внутренностями, и даже компания Black&Decker ведет работу над созданием нового облегченного инструмента (рис. 1).

Fusion 360; Netfabb

Рис. 1. Применение бионического дизайна в различных изделиях


При возрастающей популярности аддитивных технологий логично, что программное обеспечение, позволяющее использовать порождающее проектирование становится доступным рядовому кон- структору, работающему с Fusion 360 или Netfabb. И если рассматривать Fusion 360, выходит, что высокотехнологичный инструмент для порождающего проектирования вы получаете по цене, срав- нимой с годовой страховкой среднего автомобиля. А если принять во внимание все остальные возможности этого облачного продукта, получается почти даром.
В этой статье мы разберем простой пример разработки конструкции кронштейна авиационного двигателя с помощью приложения Generative Design (GD), недавно анонсированного Autodesk в качестве нового функционала Fusion 360 (рис. 2). Важно отметить, что «волшебная» кнопка GD доступна только счастливым обладателям подписки Fusion 360 Ultimate.

Fusion 360; Netfabb
Рис. 2. Варианты конструкции кронштейна авиационного двигателя
 

При нажатии на нее вы скачиваете приложение GD, в котором и будут выполняться все манипуляции. Во Fusion же можно просмотреть готовый результат и, при желании, доработать полученную модель.
Последовательность действий напоминает алгоритм использования Генератора форм в Inventor или Shape optimization во Fusion 360. Основное отличие заключается в том, что система сама выращивает форму детали в зависимости от поставленных задачи введенных параметров. Необязательно исполь- зовать какой-то прототип для его дальнейшей доработки, как это происходит при топологической оптимизации, например, в Inventor.

Прежде всего, необходимо проанализировать конструкцию, задать цель, условия и нагрузки. В данном случае целью будет минимизация веса детали при сохранении ее прочности. Предположим, что кронштейн лежит на бесконечно жесткой пластине, при этом штифт и болты также будут бесконечно жесткими. Осталось определиться с нагрузками, возможными материалами, минимальной толщиной модели и коэффициентом прочности, после чего можно приступать к работе в приложении (рис. 3).

Fusion 360; Netfabb
Рис. 3. Определение нагрузок и сил, действующих на модель
 
После запуска приложения необходимо создать проект, который хранится в службе A360, а затем загрузить геометрию, которая будет использоваться как ссылочная. Это могут быть части окружающего узла. Например, двигателя, как в нашем случае. Autodesk Generative Design импортирует достаточный список форматов. Вся геометрия помещается в браузер.
После импорта данных необходимо указать, какие функции будет выполнять определенная геометрия. Сначала выберем неизменяемую геометрию — к ней отнесем цилиндрические части под болты и штифт. Затем обозначаем геометрию, ограничивающую движение кронштейна, — все то, что не было выбрано в первый раз. Отмеченная геометрия окрашивается в разные цвета и помещается в соответствующие папки браузера (рис.4). Также есть возможность выбрать исходную деталь, если бы она была импортирована в сборке.
 
Fusion 360; Netfabb     Fusion 360; Netfabb
 
Рис. 4. Определение функций выбранной геометрии
 

Следующий шаг — наложение ограничений (рис. 5). В качестве зафиксированной геометрии выбираем цилиндрические поверхности под болты. Доступен еще один тип ограничений — без трения. Затем на геометрию можно наложить нагрузки, такие как давление, сила и момент.

Fusion 360; Netfabb

Рис. 5. Наложение ограничений на модель

В нашем случае мы задаем несколько сил, выбирая одновременно два кольца и указывая значение и направления по разным осям. Клонируем полученный вариант несколько раз и затем меняем направ- ления и значения нагрузок. В последнем варианте задаем направления нагрузки в противоположные стороны, имитируя момент.

Теперь необходимо выбрать цель дизайна (рис. 6а). Как уже было сказано ранее, мы хотим миними- зировать вес детали при заданном коэффициенте прочности. При желании основной целью можно выбрать максимальную жесткость, в этом случае необходимо добавить желаемый вес модели.

Затем определим тип производства детали (рис. 6б). Тут в качестве метода будет логично выбрать аддитивное производство. В этом случае потребуется указать параметры трехмерной печати: минимальную толщину и угол нависания. Перед генерацией вариантов необходимо выбрать мате- риалы из предоставленной разработчиком библиотеки. Конечно же, есть возможность дополнить ее пользовательскими материалами. Теперь все готово для того, чтобы нажать заветную кнопку Generate!

Fusion 360; Netfabb                           Fusion 360; Netfabb

Рис.6а                                                                                            Рис.6б

В процессе генерации вы можете наблюдать, как изменяется форма деталей, приходя в соответствие с заданными условиями (рис. 7). По завершении процесса вы можете отсортировать детали по разным критериям, например, массе, или отсеять те, которые не соответствуют вашим требованиям, а также просмотреть процесс трансформации каждой конфигурации в ходе расчета. Отображение результатов регулируется настройками: в виде списка, диаграммы, таблицы с подробными характеристиками и т.д.

Fusion 360; Netfabb

Рис. 7. Варианты генеративного дизайна, созданного искусственным интеллектом


При желании можно подробно рассмотреть варианты в отдельном графическом окне, увидеть, как распределена нагрузка, а также сравнить несколько полученных моделей. И наконец, финальный шаг — экспорт выбранной модели в формат SAT или STEP (рис. 8).
Важно отметить, что процесс экспорта, как и генерации, затрачивает ваши индивидуальные «облачные кредиты» (cloud credits), которые рано или поздно заканчиваются. В дальнейшем потребуется допол- нительное приобретение, поскольку стартовое количество равно всего 100 единицам.

Fusion 360; Netfabb

Рис. 8. Экспорт выбранной модели в необходимый формат

Надеемся, эта статья смогла показать принципы, порядок и простоту работы с функциональностью порождающего проектирования Autodesk Generative Design в решениях Fusion 360 и Netfabb.

pdf
Скачать документПрименение Generative Design для оптимизации конструкции кронштейна авиадвигателя