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自动化完成多组CAE分析 修改产品设计不用一再重来

2022/6/29    来源:Moldex3D    作者:张中玮      
关键字:CAE分析  Moldex3D  设计参数优化  
Moldex3D开发全新功能-Moldex3D SYNC设计参数优化(Design Parameter Study),可达到自动化分析,帮助使用者快速完成整个CAE分析流程。
       在产品设计时间要进行CAE分析,需要进行一连串的工作项目,如图一所示。首先CAD工程师在CAD软件建立产品几何模型,并导出模型几何文件。接着由CAE工程师在CAE软件中汇入模型文件,完成边界条件给定、材料选择、生成网格、成型条件设定等步骤后,才能进行CAE分析。CAE分析结束后,还需要CAE工程师判读结果。如果CAE判读发现成型上有缺陷问题,又得重新回到CAD软件上修改产品模型,再重复一连串相同的流程后,直到产品模型设计优化到能够大量生产。一个产品设计的变动,就必须重新跑一次流程,加上档案转文件、CAE计算的时间,往往耗费巨大的时间与人力成本。这样的工作流程,也无法由CAD工程师独立完成,原因是CAD工程师虽有CAD编辑的能力,但是缺乏使用CAE分析与优化工具的经验。

       为了解决此问题,Moldex3D开发全新功能-Moldex3D SYNC设计参数优化(Design Parameter Study),可达到自动化分析,帮助使用者快速完成整个CAE分析流程。

CAE分析流程图

图1 CAE分析流程图

Moldex3D SYNC 设计参数优化(DPS)

       在设计参数优化(DPS)的工作流程中,首先会需要一组参考组别来当作此次优化的对照组。从参考组别的CAE分析结果中找到需要改善的结果项后,CAD工程师可以在CAD环境下,透过熟悉的CAD几何编辑工具,采用几何参数建模或直接建模的方式,针对会影响目标结果项的几何参数进行造型及尺寸变更。

       接着使用者可以透过设计参数优化(DPS)中的控制因子选择几何特征,并且给予每个特征变动的上下限与变动量。在进行优化分析之前,还需选定质量因子,即为此次优化改变几何参数的目标。最后可以选择全因子分析(full factorial design,FFD)或田口法(Taguchi method)来进行排列组合,每一个组合都代表了不同的造型/尺寸设定,这样的尺寸组合设计可能高达数十种。DPS会自动根据不同的尺寸设计产生对应的3D几何。通过检验的3D几何会接续自动实例化网格、给定边界条件、给定材料及成型条件等步骤后,并启动CAE分析,甚至进行设计组合上的并行计算,减少CAE分析的等待时间。透过这样的方式,即可达到分析自动化,避免人工操作和错误设定发生。

       设计参数优化(DPS)会在分析结束后,汇整所有的设计参数组合及分析目标结果在一曲线图表上。产品设计师可查看每个设计参数组合的成型数据,找到最佳的产品几何设计参数。

实际案例示范

       图二案例中,产品的缝合线出现在结构较薄弱的地方。藉由产品设计的改变,可将缝合线位置往结构较强的地方靠近。首先使用CAD的功能来变更特定区域的产品厚度,以改变缝合线位置,如图三。藉由DPS功能来优化厚度变更参数,控制因子的部分选择变更厚度的特征;质量因子则选择回流检测,如图四。回流检测的定义为流动波前正向的百分比,可以藉由此结果项来判断缝合线有无在特定区域出现。最后透过全因子法进行优化分析。

       注:所谓「回流检测」是指:需要指定一线段并设定方向,计算流动波前时间在此线段上的分布,取得数值变化的趋势(流向)与设定方向符合的程度。此质量因子数值越大,表示此区域的波前方向越一致,即缝合线生成的位置越远离或没有。

实际案例之缝合线位置

图2 实际案例之缝合线位置

变更厚度位置

图3 变更厚度位置

回流检测线段位置与方向

图4 回流检测线段位置与方向

实际案例结果判读

       从优化分析结果中,可透过平行坐标图(parallel coordinates plot)(图五),看到所有组合的控制因子与质量因子关系。图中回流检测结果100%的有数组,因此可以再透过质量响应图(quality response plot)(图六)来判断何组为最佳组。从质量响应图可以看到,当控制因子水平越高,对回流检测的数值也会越高。因此在此次的优化中,第九组为最佳组,如图七。

平行坐标图

图5 平行坐标图

品质响应图

图6 品质响应图

实际案例优化最佳组

图7 实际案例优化最佳组

更多有关设计参数优化(DPS)

       设计参数优化(DPS)除了可以透过Moldex3D SYNC本身进行分析外,也积极与其他优化软件进行整合,透过其他优化软件的算法配合SYNC本身的CAE自动化流程,协助用户找到最佳的产品设计参数。除此之外,SYNC也积极在开发浇口位置优化,并且在未来提供更多的优化方法供使用者选择。
责任编辑:程玥
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