Durchgängige Parameteroptimierung mit Hilfe der CATIA/Abaqus-Schnittstellen CATIA Associative Interface und OptiqusCatia

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Theresa Müller
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1 Weimarer Optimierungs- und Stochastiktage 7.0 Durchgängige Parameteroptimierung mit Hilfe der CATIA/Abaqus-Schnittstellen CATIA Associative Interface und OptiqusCatia Dr. Samir Mahfoudh Dipl.-Ing. Roland Schirrmacher 1 Internal ED-TS/ETM3-Mahfoudh 01/07/2010 Robert Bosch GmbH All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation,

Interface und OptiqusCatia Dr. Samir Mahfoudh samir.mahfoudh@de.bosch.com Dipl.-Ing.

2 Motivation Problem: Import von CATIA-Daten nach CAE Konstruktionsvarianten..... Originalvariante Variante 1 Variante 2 Variante n CAD-System CATIA Catia-Import FE-Modelle..... Originalvariante Variante 1 Variante 2 Variante n FEM-System ABAQUS Zeitstrahl Manuelle Anpassung des FEM-Modells an modifizierte CAD-Geometrie Keine Optimierung der CAD-Geometrie mit ABAQUS/CAE möglich 2 Internal ED-TS/ETM3-Mahfoudh 01/07/2010 Robert Bosch GmbH All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation,

.... Originalvariante Variante 1 Variante 2 Variante n FEM-System ABAQUS Zeitstrahl Manuelle Anpassung des FEM-Modells an

3 Motivation Lösung: CAI und OptiqusCatia-Schnittstellen Konstruktionsvarianten..... Originalvariante Variante 1 Variante 2 Variante n CAD-System CATIA Automatischer Parameterabgleich zwischen CATIA und Abaqus CAI & OptiqusCatia FE-Modelle..... Originalvariante Variante 1 Variante 2 Variante n FEM-System ABAQUS Zeitstrahl Automatische Anpassung des FEM-Modells an modifizierte CAD-Geometrie Optimierung der CAD-Geometrie mit ABAQUS/CAE möglich 3 Internal ED-TS/ETM3-Mahfoudh 01/07/2010 Robert Bosch GmbH All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation,

4 Aufbau des automatischen Workflows Manuelle Initialisierung Start CATIA V5 CatPart CatProduct CAI Abaqus/CAE Abaqus/Solver *.odb Inputparameter= Designtable OptiqusCatia Plugin Dynardo (ETK) Output Parameter aus Abaqus *_run.bat *.pro Definition Zielfunktion & Constraints 4

odb Inputparameter= Designtable OptiqusCatia Plugin Dynardo (ETK)

5 Aufbau des automatischen Workflows Automatischer Ablauf für DoE, Optimierung & Robustheit Abaqus/Solver Abaqus/CAE CAI CATIA V5 CatPart CatProduct *.odb Dynardo (ETK) Inputparameter= Designtable Output Parameter= Abaqus-Ergebnisse *_run.bat *.pro 5

6 Problemfälle und Lösungsvorschläge Problemfall I: Regenerierung des CAD-Modells Beschreibung: Folge Viele Designs können auf Grund der Parameterkombination nicht regeneriert werden Der Wertebereich der Parameter ist schwierig vorhersagbar Zeitaufwändige Anpassung des CAD-Modells und/oder des Wertebereiches der Parameter notwendig Lösungsvorschlag Regenerierungscheck in CATIA mit Ausgabe der zulässigen Wertebereiche der Parameter 6

ist schwierig vorhersagbar Zeitaufwändige Anpassung des CAD-Modells und/oder des Wertebereiches der

7 Problemfälle und Lösungsvorschläge Problemfall II: Topologieänderung des CAD-Modells Beschreibung: Folge Änderung führt infolge veränderter Anzahl an geometrischen Entities zu fehlerhaften Randbedingungen, Lasten, Interactions und Meshseeds Mögliche Änderung des CAD-Modells Aufwändige Überprüfung aller Designs Fehlende oder fehlerhafte Korrelationen bei Sensitivitätsstudien Falsches Optimum bei der Optimierung Aufwändige Python-Programmierung für RB, Lasten, notwendig Lösungsvorschlag Regelbasierte Definition von Sets und Surfaces 7

CAD-Modells Aufwändige Überprüfung aller Designs Fehlende oder fehlerhafte Korrelationen bei Sensitivitätsstudien Falsches Optimum bei

8 Problemfälle und Lösungsvorschläge Problemfall II: Beispiel Neue Fläche wird zu grob vernetzt und nicht mit Druck beaufschlagt Python Neue Fläche wird richtig vernetzt und mit Druck beaufschlagt Im DoE entstehen zu hohe Spannungen und damit falsche Wirkzusammenhänge Im DoE entstehen richtige Wirkzusammenhänge 8

richtig vernetzt und mit Druck beaufschlagt Im DoE entstehen zu hohe

9 Problemfälle und Lösungsvorschläge Problemfall II: Prototypische Darstellung des RSS CAD-Parameter-Box d_1 = 1.0 abq_33 = Import Entity-Box Methods-Box Export nach Python-Code create_sets_surfaces.py Ruler-Box z.b. Regel 1: Set-1 mit selektierten Flächen aus Selection-Box Regel 2: Surface_3 Interne Speicherung Selection-Box Vertex Edge Face Cell Refpoint Auswahlmethoden z.b. : Entity liegt in der Ebene X oder Entity hat z-koordinate > Y Einfachselektion z.b. Flächennummern 1,4,7,19 sind selektiert Mehrfachselektion 9

Regel 1: Set-1 mit selektierten Flächen aus Selection-Box Regel 2: Surface_3 Interne Speicherung Selection-Box Vertex Edge Face

10 Anwendung am Wischantrieb Beschreibung des ABAQUS-Modells Sensitivitätsstudie zum Einfluss geometrischer Parameter auf statische und dynamische Produkteigenschaften Statische FE-Analyse Einspannung der Dome Einzelkraft am Abtrieb 2g Beschleunigung in Z-Rtg. Dynamische FE-Analyse Einspannung der Dome 5 Eigenfrequenzen 10

Produkteigenschaften Statische FE-Analyse Einspannung der Dome Einzelkraft am

11 Anwendung am Wischantrieb Parameterbaum in OptiSLang CATIA CAE ABAQUS-Inputfile Rechencluster ABAQUS-Outputfiles ETK Python Modellbilder *.png 11

12 Anwendung am Wischantrieb Parameterdefinition in CATIA L5 T4 L7 T7 T1 T2 T9 L2 L3 L1 I1 M1 12

13 Anwendung am Wischantrieb Ergebnisse (1/2) Statik: Verschiebung der Abtriebswelle L5 Die Höhe der Wand zwischen den Außendomen hat den größten Einfluss Die Rippendicke zur Abstützung der Abtriebswelle hat den zweiwichtigsten Einfluss T1 Statik: Spannung im Gehäuse Sehr geringes Bestimmheitsmaß des Gesamtmodells. Keine eindeutige Korrelation erkennbar, da der Ort des Spannungsmaximums variiert 13

Abtriebswelle hat den zweiwichtigsten Einfluss T1 Statik: Spannung im Gehäuse Sehr geringes

14 Anwendung am Wischantrieb Ergebnisse (2/2) Dynamik: Eigenfrequenzen Die Dicke der mittleren Rippe hat auf alle 5 Eigenfrequenzen einen mittleren bis hohen Einfluss T9 Modell: Masse L1 Die Dicke und die Länge des Poltopfes haben den größten Einfluss auf die Masse T2 14

Eigenfrequenzen einen mittleren bis hohen Einfluss T9 Modell:

15 Anwendung am Wischantrieb Verbesserungsvorschläge für OptiSLang/Post Deaktivieren von Responsevariablen in der Statistik und beim Save. Deaktivieren/Aktivieren/Einfärben von Designs in der Statistik mit Hilfe einer Historyliste und Speicherung im.bin-file. Automatischer Response Surface Plot (Cloud Plot) in der Statistik für die selektierte Responsevariable und deren beiden wichtigsten Designvariablen. Zuschaltbare Berechnung des Metamodel of Optimal Prognosis für die selektierte Responsevariable auf Basis der aktuell aktivierten Designs 15

Automatischer Response Surface Plot (Cloud Plot) in der Statistik für die selektierte Responsevariable und deren beiden wichtigsten

16 Anwendung am Wischantrieb Zusammenfassung Die richtige Definition der CAD-Parameter und deren zulässiger Wertebereich erforderte mehrere Iterationen. Der Aufbau des OptiSLang-Workflows mit CATIA, CAE, ABAQUS und ETK erfolgte ohne manuelles Skripting. Die Sensitivitätsstudie zeigt bis auf die maximale Spannung ausreichend große Bestimmtheitsmaße und damit mit hoher Sicherheit die wichtigsten CAD-Parameter für jede Responsevariable. Obwohl die Anzahl der Entities im Gehäuse schwankt, sind die Interactions und Boundary Conditions an den richtigen Flächen. 16

Die Sensitivitätsstudie zeigt bis auf die maximale Spannung ausreichend große Bestimmtheitsmaße und damit mit hoher Sicherheit die

17 Parameteroptimierung mit CAI und Optiqus/CATIA Zusammenfassung Die Definition der CAD-Parameter erfordert grundlegende Kenntnisse in CATIA. Mit Hilfe der Schnittstellen reduziert sich der Modellierungsaufwand bei Konstruktionsänderungen erheblich. Der Aufbau des OptiSLang-Workflows mit CATIA, ABAQUS und ETK ist weitgehend automatisiert, bedarf aber der stetigen Anwendung. Der erste Initialaufwand bis zum erfolgreichen DoE ist hoch, aber danach gutes Werkzeug zur Designfindung/Designverbesserung Einsatz der Methodik ist nur für fortgeschrittene, erfahrene CAE-Benutzer geeignet Sehr hoher Bedarf an ABAQUS-Lizenzen und Hardware 17

Der Aufbau des OptiSLang-Workflows mit CATIA, ABAQUS und ETK ist weitgehend automatisiert, bedarf aber der stetigen Anwendung.

18 Erweitertung des Optimierungsworkflow Einsatz der Topologieoptimierung Ziel: Nutzung der Topologieoptimierung zur Erzeugung einer voroptimierten Geometrie als Basis für die Parameteroptimierung Beschreibung Designraum Probleme: F Topologie Optimierung Parametriertes CAD-Modell Die FE-Analysen müssen ähnlich sein. Parameteroptimierung Optimales Bauteil Die Definition der Optimierungsprobleme müssen ähnlich sein. Die Umsetzung des Ergebnisses der Topologieoptimierung muss manuell in ein CAD-Modell überführt werden. 18 Internal ED-TS/ETM3-Mahfoudh 01/07/2010 Robert Bosch GmbH All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation,

Parameteroptimierung Optimales Bauteil Die Definition der Optimierungsprobleme müssen ähnlich sein.

19 Weimarer Optimierungs- und Stochastiktage 7.0 Durchgängige Parameteroptimierung mit Hilfe der CATIA/Abaqus-Schnittstellen CATIA Associative Interface und OptiqusCatia Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 19 Internal ED-TS/ETM3-Mahfoudh 01/07/2010 Robert Bosch GmbH All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation,

Associative Interface und OptiqusCatia Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 19

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