Z88 Arion

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Andi
Newbie
Beiträge: 2
Registriert: Di 21. Apr 2020, 15:58

Z88 Arion

Beitrag von Andi »

Einen wunderschönen Guten Morgen an alle Mitglieder,

da ich mich in jüngster Zeit mit dem Topologieoptimierungsprogramm Z88 Arion beschäftige, und im Zuge dessen auch Fragen habe, freu ich mich über dieses Forum. Zunächst aber einmal ein riesen Lob an das Z 88 Team. Sowohl für die beiden Programme, die eine sehr gute Alternative zu den Kommerziellen Anbietern sind, als auch und sogar besonders für den Helpdesk hier. Dies ist zwar mein erster Beitrag, doch konnte ich bereits viele Informationen aus dem Forum ziehen und dadurch auch einen guten Eindruck bekommen.

Nun zu meinen Fragen.
Kann Arion nur die beiden Linearen Tetraeder verwenden oder ist es auch möglich Quadratische, die von aurora oder einem anderen Programm importiert wurden, zu verwenden. Der Import von Aurora hat leider nicht Funktioniert. Der Import von SolidWorks hat funktioniert allerdings die Umsetzung in Arion dann leider nicht mehr. Die Strukturdaten konnten nicht gelesen werden ist die Reaktion des Programms.

Tetgen steht derzeit nicht zur Verfügung ist auch eine aktuelle Meldung. Geht es den anderen genauso ? Ist momentan nur Netgen verfügbar ?

Warum entfernt Arion mir bei der Optimierung eines Bauteils, viele Elemente oder Material im Zuge der Iterationen und fügt es anschließend wieder dazu, so dass das Bauteil praktisch nicht optimiert wurde ?
Ich berechne eine Zylindrische Geometrie mit einer gewissen Wandstärke. Auf der einen Seite ist die Last aufgebracht und auf der gegnüberliegenden Seite ist ein Verschiebungsset = 0 gesetzt. Dieses dient praktisch als Festhaltung. Liegt es daran das die Spannungen das Materialverhalten komplett überfordern ? Diese gehen um das doppelte über die Rp0,2 Grenze hinaus. Eingestellt sind 40 Iterationen und ein Zielvolumen von 70 %. Bis ca. 25...30 wird Material abgetragen und anschließend wieder aufgefüllt.
Wie ist das Abbruchkriterium bei dem Vorgehen von Arion ?
Ich meine ist es möglicherweise so dass das Programm in jedem Fall mein Zielvolumen erreicht und ich dann allerdings selber anhand der Spannungen im Ergebniss entscheiden muss ob diese meine Materialgrenze übersteigen oder nicht ? Zum Beispiel würde ich bei Iteration 25 schauen denn dort sehe ich den größten Materialabtrag und schaue mir an dieser Stelle die dazugehörigen Spannungen an. Sollten diese unterhalb meiner Fließgrenze liegen kann ich mich dafür entscheiden, unabhängig davon wie die Optimierung weiterverlaufen ist ?
Oder liegt es daran das das Programm, wie im Handbuch beschrieben, erst nach dem OC Verfahren ( Steifigkeit ) und anschließend nach dem SKO Verfahren ( Festigkeit ) optimiert und es dadurch erst zum Materialabtrag und anschließend wieder zum Auftrag kommt um die Festigkeit zu gewährleisten. In dem Fall müsste ich die unbedingt die letzte Iteration in Betracht ziehen und folgern das keine Optimierung möglich ist ?
Verwendet Arion die Implizite oder Explizite Lösung ?

Ich hoffe das dies nicht zu viel für den Anfang war und Ihr mir da weiter helfen könnt.

Ein schönen Tag wünsche ich noch allen.

Gruß Andi

JohannesMohr
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Beiträge: 3
Registriert: Mo 12. Aug 2019, 08:57

Re: Z88 Arion

Beitrag von JohannesMohr »

Hallo Andi,

generell ist es möglich, quadratische Tetraeder zu verwenden. Allerdings muss das zugehörige Netz importiert werden. Zum Erzeugen von linearen Netzen steht Netgen und Tetgen in Arion zur Verfügung.
Die Solver von Arion greifen auf explizite Gleichungslöser zurück.
Als Abbruchkriterium wird das Residuum herangezogen.
Da das Lösungsverfahren auf Iterationen basiert, ist es ganz normal das Material angelagert und dann evtl. wieder weggenommen wird. Das ist das Wesen einer iterativen Berechnung. In jeder Iteration, ausser der letzten ist das Abbruchkriterium NICHT erreicht. Sie können sich die Iterationen ansehen. Wirklich Aussagekräftig ist jedoch nur die letzte.

Zu den Materialanlagerungen ist noch folgendes zu beachten:
Je nach Verfahren geht der Algorithmus anders vor. Bei dem OC-Verfahren wird versucht das Bauteilvolumen zu erreichen. Dafür wird Material weggenommen. Die Spannungen werden hier gar nicht betrachtet. Bei dem SKO werden nur die Spannungen betrachtet, so das es durchaus sein kann das keine Optimierung möglich ist, wenn die Spannungen sehr hoch sind.
Bei dem TOSS Verfahren werden die beiden Algorithmen kombiniert. Zunächst wird im OC-Verfahren auf Steifigkeit optimiert und Material entfernt.
Danach wird auf Spannungsverteilung optimiert und evtl. wieder Material angelagert. Aber maximal soviel wie das Volumen vom Bauteil war. Es werden niemals mehr Elemente entstehen als vorher da waren. Zumindest nicht in der Topologie-Optimierung. Daher kann es sein das, wenn die Spannungen schon sehr hoch sind der zweite Schritt (das SKO-Verfahren) der nach dem OC-Verfahren läuft das gesamte Material wieder anlagert.
Das ist ein Zeichen das die durchschnittliche Belastung so hoch ist, das das Bauteil wohl sowieso nicht hält.
Das sollte man vorher prüfen.

Viele Grüße

Andi
Newbie
Beiträge: 2
Registriert: Di 21. Apr 2020, 15:58

Re: Z88 Arion

Beitrag von Andi »

Hallo Johannes,

und einen guten Morgen an alle Mitglieder.

Vielen Dank für die ausführliche Antwort die meine Fragen sehr gut beantwortet hat.

Das bedeutet daß das Abbruchkriterium beim OC Verfahren das Zielvolumen ist ? Ist damit das Residuum gemeint ? Wie ist der Wert von 0,000001 der beim Residuum hinterlegt ist zu verstehen ? Bei dem Querlenker Beispiel wird ein Residuum von 10^-4 eingestellt. Warum ???

Wie ermittle ich den richtigen Wert für die Referenzspannung im SKO/Toss Verfahren. Dieser soll ja die Oberflächenspannung im Optimiertem Bauteil darstellen. Wenn ich dort die Rp0,2 Grenze eingebe verschwindet das komplette Bauteil. Dies ist auch an der Formel im Handbuch nachvollziehbar.
Standartmäßig ist ein Wert von 10 eingegeben bei einer Schrittweite von 2. Wobei mir diese auch unklar ist. Woher kommen diese Werte ?
Ich gehe nicht davon aus das diese als Standarteinstellung beibehalten werden sollen.
Irgendwie muss man sich doch bestimmt Orientieren können um keinen Unsinn zu berechnen.

Noch einmal vielen lieben Dank für deine Antwort. Ich hoffe das du mir auch hier noch einaml weiter helfen kannst.

Nun wünsche ich ein schönes Wochenende.

Gruß Andi

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mz15
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Registriert: Do 5. Aug 2010, 19:23

Re: Z88 Arion

Beitrag von mz15 »

Hallo Andi,

Die Optimierung im OC-Verfahren geht auf Steifigkeit. Das Volumen ist nur eine Nebenbedingung, denn meist ist die gefüllte Struktur am Steifsten. Daher braucht man die. Das Residuum ist die Änderung der Steifigkeit.

Es gibt keinen richtigen Wert für die Referenzspannung. Die endgültigen Werte in der optimierten Struktur werden über und unterhalb des Wertes liegen. Rp02 ist die obere Grenze der Haltbarkeit, die Hälfte davon als Anhaltspunkt ist sicher nicht schlecht.
Die Werte in dem Beispiel kommen daher da diese sich bei dem Bauteil, mit der Vernetzungsfeinheit und den Randbedingungen als gut erwiesen haben.
Es gibt keine richtige Orientierung außer die Erfahrung aus anderen Rechnungen und sicher auch ein wenig Glück. Die Referenzspannung ist ein mathematischer Parameter um die Gleichung flexibel an Gegebenheiten anzupassen. Es ist nicht wirklich eine Spannung, also von der Einheit schon aber vom Wert her nur irgendeine Spannung die gut zu dem Problem passt. Die zu finden ist eine Herausforderung.

Sorry wenn das eine nicht so zufriedenstellende Antwort ist, aber das ganze Thema Optimierung ist noch Forschungsgebiet weltweit.

Gruß
mz15

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