Bespaar op logistieke en productiekosten dankzij SOLIDWORKS

Sinds 2018 heeft de virtuele test oplossing SOLIDWORKS Simulation de mogelijkheid om Topology Studies te doen. Als je er nog nooit van gehoord hebt, roep je nu waarschijnlijk “Topo wat?” ... wees gerust, je bent niet de enige. Toch kan het interessant zijn om verder te lezen, want veel succesvolle bedrijven maken gebruik van topologie studies om flink op de kosten te besparen.

Wat is een topologie studie?

In SOLIDWORKS is een topologie studie een functie  om ontwerpen te optimaliseren. Dat wil zeggen: ervoor zorgen dat het ontwerp met minimaal materiaalgebruik de gewenste prestaties kan leveren. In de traditionele manier van ontwerpen worden vaak bestaande componenten gecombineerd. Die zijn meestal ‘over engineered’ en gemaakt met onnodig veel materiaal. De functie Topology Study zit in Simulation Professional en Simulation Premium, dus niet in Simulation Standard.

Wat levert een topologie studie je op?

De topologie functie in SOLIDWORKS Simulation berekent in feite hoeveel materiaal er weggehaald kan worden in het ontwerp, zonder dat het eindproduct breekt, buigt of barst. Het levert materiaalbesparingen op die resulteren in lagere productiekosten, lagere transportkosten (want lager gewicht) en daarmee een duurzamer product.

Gevolgen voor productie van een topologie studie

Het verwijderen van materiaal kan uiteraard gevolgen hebben voor productie. Een ontwerp moet wel maakbaar blijven en als je op een freesbank materiaal moet wegsnijden, duurt het productieproces wellicht langer en verspil je een heleboel materiaal dat je daarna weggooit. Mogelijke oplossingen hiervoor zijn productietechnieken zoals spuitgietwerk of 3D printen.

Wat doet een Topology study?

Het materiaal wordt niet zomaar willekeurig verwijderd. Een onderdeel heeft bepaalde vlakken of vormen nodig om te functioneren, maar er hoeft vaak niet overal materiaal te zitten. Topology study werkt via een methode die lijkt op FEA (Finite Elment Analysis - eindige elementen methode). Het model wordt opgedeeld in kleine stukjes (tertaedervormige elementen), die samen de vorm van het product hebben (een mesh), waarna berekend wordt welke elementen noodzakelijk zijn en welke niet.

Een Topology study bestaat uit de volgende iteratieve stappen:

1. Berekenen

Eerst berekent SOLIDWORKS Simulation hoe het onderdeel wordt belast en wat de vervormingen en materiaalspanningen zijn.

2. Vorm aanpassen

Relatief laag belaste elementjes worden verwijderd.

(De elementgrootte bepaalt logischerwijs de nauwkeurigheid van de te verwijderen elementen.)

3. Herberekenen

Na de aanpassing moet je een aantal dingen opnieuw berekenen, zoals stijfheid en de nieuwe spanningsverdeling. Doordat materiaal verwijderd is, ontstaat misschien een nieuwe buiging.

4. Vorm opnieuw aanpassen

Relatief laag belaste elementen worden verwijderd, maar op plekken waar de geometrie te veel verzwakt is worden ze weer teruggeplaatst.

5. Herberekenen
6. Vorm nog een keer aanpassen
7. En nog een keer en nog een keer…

Wanneer houdt dit op? Dat ligt eraan welke doelen of voorwaarden jij als gebruiker instelt. Daarvoor zijn er de optimalisatie-instellingen.

Welke optimalisatie-instellingen zijn er in topologie studie?

SOLIDWORKS Topology Study biedt de volgende features om het proces van topologie studie af te bakenen.

• Doelen en beperkingen
• Fabricage-eisen

In Goals and Constraints heb je de volgende keuzes:

Doelen (Goals) instellen in SOLIDWORKS topologie studie

• De beste stijfheid-gewichtsverhouding
• Minimaliseer de maximale verplaatsing
• Minimaliseer het gewicht met bewegingsbeperkingen (lokaal of globaal)
• 
• Specifieke massa vermindering
  

Bij deze optimaliseerdoelen moet je een te-reduceren-percentage of het gewenste eindgewicht opgegeven, zodat het systeem daar naartoe kan rekenen.

Beperkingen (Constraints) van je ontwerp instellen

Daarnaast moet je aangeven wat de bandbreedtes zijn waarbinnen je product functioneert. In andere woorden: hoeveel mag je eindproduct doorbuigen? Hoeveel spanning moet het aankunnen voordat het breekt, enzovoort.

• Verplaatsing
• Eigen frequency Resonantie
• Spanning
  

Stel de vormvoorwaarden voor de productiemethode in

Als de vorm van je ontwerp aan een aantal zaken moet voldoen voor fabricage, dan kun je dat in Manufacturing Controls opgeven. Op deze manier voorkom je dat je geoptimaliseerde ontwerp uiteindelijk niet geproduceerd kan worden omdat het andere productiemethodes vergt.

Je kunt de volgende vormvoorwaarden ingeven:

• Symmetrie (half, kwart, één achtste)
• Minimale (wand-)dikte
• Te behouden gebied (belangrijke contact vlakken)

Ook zijn er voorwaarden voor lossing, die met name interessant zijn voor spuitgietapplicaties.

• Enkelvoudige lossingsrichting
• Meervoudige of Midplane lossingsrichting
• Gestanst (doorlopend laten in gespecificeerde richting)

Wat is het resultaat van een topologie studie?

Wanneer de berekening van je geoptimaliseerde ontwerp klaar is, zal dat er pokdalig uitzien. De software heeft immers heel veel van de elementjes (die nodig waren voor het rekenwerk) weggehaald over het gehele ontwerp. Gelukkig is er een functie om je geoptimaliseerde ontwerp weer glad (smooth) te maken. Geen probleem dus.

Je kunt de resultaten van de ruwe of gladgemaakte eindvorm ook samenvatten in een grafiek. De gladgemaakte eindvorm kan je exporteren als een solid, surface of grafisch lichaam, in een part of als configuratie in het bestaande part. Hieronder vind je een voorbeeld van een volle basisvorm met de daarbij behorende bevestigingsvlakken en belaste vlakken.

Voorbeeld topologie studie: resultaat zonder vormvoorwaarden

Hieronder van links naar rechts: de start-vorm, de gereduceerde mesh en de gladgemaakte (smoothed) mesh.

Voorbeeld topologie studie: resultaat met vormvoorwaarde symmetrie

Hieronder van links naar rechts: de symmetrische startvorm, mesh zonder symmetrie, mesh met symmetrie.

Voorbeeld topologie studie: resultaat met vormvoorwaarde lossing

Hieronder van links naar rechts: de symmetrische startvorm, mesh met symmetrie,  mesh met symmetrie & midplane lossing optie.

Conclusie

Zoals je mag verwachten van SOLIDWORKS is het opzetten van een topologiestudie duidelijk, eenvoudig en gebruiksvriendelijk. Door je toe te leggen op enkele lichamen en statische studieresultaten is deze functie een krachtige toevoeging op de bestaande simulatieopties. Je kunt met deze methode rekening houden met doelen, voorwaarden en jouw eigen fabricagemethode om voor jouw bedrijf of klant het optimale ontwerp te creëren.

Benieuwd wat Simulation Professional of Premium kost? Vraag vrijblijvend een offerte aan. Wil je met een van onze experts verder praten over de mogelijkheden en voordelen voor jouw onderneming van digitaal testen? Maak gerust een afspraak.

Wil je meteen aan de slag? Dan raden we je aan om eerst een training te volgen. Misschien is de Simulation Training iets voor jou! Kijk hier voor een actueel overzicht van de trainingen.