Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/10555
Title: Μέθοδοι τοπολογικής βελτιστοποίησης στην ανάλυση και το σχεδιασμό κατασκευών
Other Titles: Topology optimization methods for analysis and design of structures
Authors: Ανωγιάτης, Χρήστος
Keywords: Βελτιστοποίηση τοπολογίας
Κατασκευές
Keywords (translated): Topology optimization
Structures
Abstract: Στις μέρες μας υπάρχει η συνεχής απαίτηση για την ανάπτυξη ελαφρών δομών, με εύκολη διαδικασία παραγωγής. Αυτό σημαίνει ότι απαιτούνται τόσο ο σχεδιασμός του φορέα όσο και ο τρόπος παραγωγής του να είναι τέτοιος, έτσι ώστε το αποτέλεσμα να είναι μία κατασκευή με το ελάχιστο δυνατό βάρος, όπου ταυτόχρονα θα ικανοποιεί και τα κριτήρια σχεδιασμού όπως η αντοχή, η λειτουργικότητα κ.τ.λ. Η μείωση της μάζας των κατασκευών έχει άμεσα οφέλη. Για παράδειγμα στα μεταφορικά μέσα (αυτοκίνητα, αεροπλάνα κ.τ.λ.) βελτιώνεται η απόδοση, μειώνεται η κατανάλωση καυσίμου και παρέχεται η δυνατότητα για αύξηση του ωφέλιμου φορτίου. Η απαίτηση για ελαφρύτερες δομές ωθεί τους μηχανικούς να αναζητούν υπολογιστικά εργαλεία για την γρήγορη και έγκυρη λήψη αποφάσεων κατά τη διάρκεια σχεδιασμού. Ένα τέτοιο εργαλείο είναι και η βελτιστοποίηση τοπολογίας. Η βελτιστοποίηση τοπολογίας είναι μία μαθηματική μέθοδος που βελτιστοποιεί τη διάταξη του υλικού σε δεδομένο χώρο σχεδιασμού. Τα φορτία και οι οριακές συνθήκες είναι δεδομένα, ενώ ο στόχος είναι η μεγιστοποίηση της απόδοσης της κατασκευής. Η βελτιστοποίηση τοπολογίας είναι ένα ισχυρό εργαλείο σχεδιασμού πολλών προβλημάτων μηχανικής και συνδέει την ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία με τον μαθηματικό προγραμματισμό. Η παρούσα διπλωματική εργασία αποσκοπεί στη διερεύνηση της μεθόδου βελτιστοποίησης τοπολογίας με τη χρήση του λογισμικού Ansys Workbench 17.1. Τα δομικά προβλήματα τοπολογίας που θα εξεταστούν αποτελούνται από φορείς συνεχούς μέσου, με ένα υλικό, με γραμμική ελαστική συμπεριφορά και κάτω από στατικά φορτία. Το αποτέλεσμα των προβλημάτων είναι η παραγωγή φορέων με μειωμένη μάζα. Η διπλωματική εργασία αποτελείται από επτά κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο εισάγεται η έννοια της δομικής βελτιστοποίησης τοπολογίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο δίδονται τα βασικά θεωρητικά στοιχεία των μεθόδων βελτιστοποίησης όπως προκύπτουν από τη βιβλιογραφία. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις δυνατότητες και τις επιλογές του λογισμικού Ansys Workbench 17.1 με τη χρήση του οποίου έγιναν οι αναλύσεις. Στο τέταρτο και πέμπτο κεφάλαιο γίνονται αναλύσεις για τη διερεύνηση της μεθόδου με διαφορετικές δοκιμαστικές περιπτώσεις με σκοπό να λάβουμε γνώση για τον τρόπο που δουλεύει η μέθοδος. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αριθμητικά μοντέλα δύο δομών που χρησιμοποιούνται σε κατασκευές. Οι δομές που εξετάζονται είναι ένας σύνδεσμος (bracket) και ένα τμήμα της ατράκτου ενός πολιτικού αεροσκάφους. Στο έβδομο κεφάλαιο αναφέρονται τα συμπεράσματα της εργασίας και οι προτάσεις για μελλοντική διερεύνηση του θέματος.
Abstract (translated): Nowadays there is a constant demand for the development of light structures, with an easy production process. This means that both the design of structures and the way of production are required so that the result is a construction with the minimum weight, at the same time satisfying the design criteria such as strength, functionality etc. The mass reduction of structures has immediate benefits. For example, on means of transport (cars, airplanes, etc.) performance improves, fuel consumption is reduced, and the payload is increased. The requirement for lighter structures leads engineers to look for computational tools for quick and valid decision making during design. One such tool is optimization of topology. Topology optimization is a mathematical method that optimizes the layout of the material in a given design space. Loads and boundary conditions are data while the goal is to maximize construction performance. Topology optimization is a powerful tool to design many engineering problems and links finite element analysis with mathematical programming. This thesis aims at exploring the topology optimization method using Ansys Workbench 17.1 software. The structural problems of topology to be tested consist of continuous medium structures, with only one material, with linear elastic behavior and under static loads. The result of the problems is the production of structures with reduced mass. This thesis consists of seven chapters. The first chapter introduces the concept of topology optimization. The second chapter gives the basic theoretical elements of the optimization methods from the bibliography. In the third chapter we refer to the capabilities and options of the Ansys Workbench 17.1 software that used for analysis. In the fourth and fifth chapters, analyzes are made to investigate the method with different test cases in order to gain insight into how the method works. The sixth chapter presents the numerical models of two structures used in constructions. The structures are a bracket and a part of a civil aircraft's fuselage. The seventh chapter outlines the conclusions of the work and the proposals for future exploration of the subject.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
ΑΝΩΓΙΑΤΗΣ ΧΡΗΣΤΟΣ_1025238_ΔΙΠΛ ΜΔΕ ΜΗΧ-ΓΩΝ.pdf12.51 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.