sapiСистемный анализ и прикладная информатика«System analysis and applied information science»2309-49232414-0481Belarusian National Technical University10.21122/2309-4923-2022-3-50-55sapi-581Research ArticleУправление техническими объектамиManagement of technical objectsТопологическая оптимизация конструктивной геометрии легковесных деталейTopological optimization of constructive solid geometry of lightweight structuresКовалеваИ. Л.KovalevaI. L.

Ковалева Ирина Львовна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Программное обеспечение информационных систем и технологий»

Минск

Irina L.Kovaleva, PhD, associate Professor of the Department of Software for Information technologies and systems

Minsk

ilkovaleva@bntu.byКункевичД. П.KunkevichD. P.

Кункевич Дмитрий Петрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Программное обеспечение информационных систем и технологий»

Минск

Kunkevich Dmitry, PhD, associate Professor of the Department of Software for Information technologies and systems

Minsk

kunkevich@bntu.byНапрасниковВ. В.NaprasnikovV. V.

Напрасников  Владимир  Владимирович,  кандидат  технических  наук,  доцент  кафедры «Программное обеспечения информационных систем и технологий»

Минск

Naprasnikov Vladimir Vladimirovich, PhD, associate Professor of the Software Department

Minsk

vnaprasnikov@bntu.byПолозковЮ. В.PolozkovY. V.

Полозков Юрий Владимирович, доцент, кандидат технических наук, заведующий кафедрой «Программное обеспечения информационных систем и технологий»

Минск

Polozkov Yury Vladimirovich, PhD, head of the Department of Software for Information technologies and systems

Minsk

YuVPolozkov@bntu.byЧваньковА. А.ChvankovA. A.

Чваньков Андрей Александрович, инженер кафедры «Программное обеспечение информационных систем и технологий»

Минск

Chvankov A., engineer of the Department of Software for Information technologies and systems

Minsk

povt@bntu.byБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus202206122022035055Copyright © Ковалева И.Л., Кункевич Д.П., Напрасников В.В., Полозков Ю.В., Чваньков А.А., 20222022Ковалева И.Л., Кункевич Д.П., Напрасников В.В., Полозков Ю.В., Чваньков А.А.Kovaleva I.L., Kunkevich D.P., Naprasnikov V.V., Polozkov Y.V., Chvankov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sapi.bntu.by/jour/article/view/581

Работа посвящена оптимизации формы легковесных деталей. Проанализированы преимущества и недостатки топологической оптимизации, как наиболее эффективного и популярного подхода к решению такого рода задач. Одной из характерных проблем применяемых методов является зависимость их результатов от сеточного разбиения, а также необходимость последующего перепроектирования геометрической модели. Для решения этой проблемы предложено выполнять формирование полостей на основе метода ESO непосредственно в конструктивной геометрической модели. Описаны основные этапы предлагаемого подхода, обосновано использование кластеризации для упрощения формы поверхностей сформированных полостей.

The work is devoted to solving the problem of topological optimization in the design of lightweight structures. The advantages and disadvantages of popular topological optimization methods are analyzed. One of the characteristic problems of all methods is the dependence of their results on grid partitioning. Besides, there is a necessity to recast the geometry model of the structure. To solve this problem, it is proposed to perform the formation of cavities based on the ESO method directly at the constructive solid geometry from the shape elements. The main stages of the proposed approach are described, the use of clustering to simplify the shape of the surfaces of the formed cavities is justified.

легковесные деталитопологическая оптимизациятвердотельная конструктивная геометрияконструктивные элементы формыкластеризацияlightweight partstopological optimizationsolid structural geometrystructural shape elementsReferencesПолозков, Ю.В. Проблемы проектирования и формообразования легковесных деталей в аддитивном производстве / Ю.В. Полозков // Математические методы в технике и технологиях : сб. тр. междунар. науч. конф., Минск, 10 – 12 октября 2017 г. / СПб.: Изд-во Политехн. ун-та ; под общ. ред. А. А. Большакова. – Минск, 2017. – Т. 10 – С. 61 – 65.Polozkov, YU.V. The problems of design and shape creation of lightweight parts in additive manufacturing / YU.V. Polozkov // Matematicheskie metody v tekhnike i tekhnologiyah : sb. tr. mezhdunar. nauch. konf., Minsk, 10 – 12 oktyabrya 017/ SPb.: Izd-vo Politekhn. un-ta ; pod obshch. red. A. A. Bol’shakova. – Minsk, 2017. – T. 10 – S. 61 – 65.Полозков, Ю.В. Унификация формального описания ячеек и ячеистых структур для их структурного синтеза в проектировании легковесных деталей / Ю.В. Полозков, Д.П. Кункевич. // Наука – образованию, производству, экономике: материалы 16-ой Международной научно-технической конференции (71-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников, докторантов и аспирантов БНТУ), Минск, 2018 г. / БНТУ; редкол.: С. В. Харитончик [и др.]. : В 4 т. – Минск, 2018. – Т 1. – С. 229.Polozkov, YU.V. Unification of formal description of cells and cells structure for topological synthesis in design of lightweight parts / Yu.V. Polozkov, D.P. Kunkevich. // Nauka – obrazovaniyu, proizvodstvu, ekonomike: materialy 16-oj Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii (71-j nauchno-tekhnicheskoj konferencii professorsko-prepodavatel’skogo sostava, nauchnyh rabotnikov, doktorantov i aspirantov BNTU), Minsk, 2018 g. / BNTU; redkol.: S. V. Haritonchik [i dr.]. : V 4 t. – Minsk, 2018. – T 1. – S. 229.Полозков, Ю.В. Реализация алгоритма для автоматизации многовариантного инженерного анализа деталей с ячеистыми структурами с помощью PYANSYS / Ю.В. Полозков, В. В. Напрасников, И.В. Павловский, Е.А. Яковец. // Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. междунар. науч. конф., Минск, 26 30 октября 2020 г. / СПб.: Изд-во Политехн. ун-та ; под общ. ред. А. А. Большакова. – Минск, 2020. – Т. 12, Ч. 3. – С. 37 – 43.Polozkov, YU.V. Implementation of algorithm of multiple structure analysis of parts with cell structure by means of PY ANSYS/ Yu.V. Polozkov, V.V. Naprasnikov, I.V. Pavlovskij, E.A. YAkovec. // Matematicheskie metody v tekhnike i tekhnologiyah : sb. tr. mezhdunar. nauch. konf., Minsk, 26 30 oktyabrya 2020 g. / SPb.: Izd-vo Politekhn. un-ta ; pod obshch. red. A. A. Bol’shakova. – Minsk, 2020. – T. 12, CH. 3. – S. 37 – 43.Напрасников, В.В. Особенности использования оптимизационных алгоритмов ANSYSWB при проектировании легковесных деталей / В. В. Напрасников, Полозков Ю.В., Д.П. Кункевич, А.Н. Соловьев. // Математические методы в технике и технологиях. – 2021. – № 12. – С. 57 – 61.Naprasnikov, V.V. Singularity of applying ANSYS WB optimization algorithms for design of lightweight parts/ V.V. Naprasnikov, Yu.V. Polozkov, D.P. Kunkevich, A.N. Solov’ev. // Matematicheskie metody v tekhnike i tekhnologiyah. – 2021. – № 12. – S. 57 – 61.Xie YM, Steven GP. A simple evolutionary procedure for structural optimization. Comput Struct 1993;49:885–96.Xie YM, Steven GP. A simple evolutionary procedure for structural optimization. Comput Struct 1993;49:885–96.Bendsoe MP, Sigmund O. Topology optimization–theory, methods and applications. Springer; 2003.Bendsoe MP, Sigmund O. Topology optimization–theory, methods and applications. Springer; 2003.Allaire G, Jouve F, Toader AM. Structural optimization using sensitivity analysis and a level-set method. J Comput Phys 2004;194:363–93.Allaire G, Jouve F, Toader AM. Structural optimization using sensitivity analysis and a level-set method. J Comput Phys 2004;194:363–93.Jikai Liu, Yongsheng Ma. A survey of manufacturing oriented topology optimization methods. Advances in Engineering Softwar, August 2016, pp. 161-175.Jikai Liu, Yongsheng Ma. A survey of manufacturing oriented topology optimization methods. Advances in Engineering Softwar, August 2016, pp. 161-175.A new hybrid topology optimization method coupling ESO and SIMP method / H. Jiao, Q. Zhou, S. Fan, Y. Li // Lecture Notes in Electrical Engineering Proceedings of China. Modern Logistics Engineering. – 2014. – P. 373–384.A new hybrid topology optimization method coupling ESO and SIMP method / H. Jiao, Q. Zhou, S. Fan, Y. Li // Lecture Notes in Electrical Engineering Proceedings of China. Modern Logistics Engineering. – 2014. – P. 373–384.Liu Z., Korvink J., Huang R. Structure topology optimization: fully coupled level set method via FEMLAB // Structural and Multidisciplinary Optimization. – 2005. – June. – Vol. 29, iss. 6. – Р. 407–417.Liu Z., Korvink J., Huang R. Structure topology optimization: fully coupled level set method via FEMLAB // Structural and Multidisciplinary Optimization. – 2005. – June. – Vol. 29, iss. 6. – Р. 407–417.Темис Ю.М., Якушев Д.А. Оптимизация конструкции деталей и узлов ГТД // Вестник СГАУ. – 2011. – № 3-1. – С. 183–188.Temis YU.M., YAkushev D.A. Optimization of parts and assemblies of torque converter // Vestnik SGAU. – 2011. – № 3-1. – S. 183–188.Ракович А.Г. Автоматизация проектирования приспособлений для металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1980. 136 с.Rakovich A.G. Automatization of design of fixtures for metal cutting machines. M.: Mashinostroenie, 1980. 136 s.Ковалева И.Л., Кункевич Д.П., Бородуля А.В., Чваньков А.А. Конструирование легковесных деталей с помощью элементов формы // Инновационные технологии, автоматизация и мехатроника в машино- и приборостроении: материалы X международной научно-практической конф. Минск: Бизнесофсет, 2022 – с. 49 – 50.Kovaleva I.L., Kunkevich D.P., Borodulya A.V., Chvan’kov A.A. Feature based engineering design of lightweight parts// Innovacionnye tekhnologii, avtomatizaciya i mekhatronika v mashinoi priborostroenii: materialy X mezhdunarodnoj nauchno prakticheskoj konf. Minsk: Biznesofset, 2022 – р.49-50.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.