자습서: 래티스 최적화

최적화된 형상에서 PolyNURBS를 생성한 다음, 래티스 최적화를 실행하고 검토합니다.

다음 사항에 대해 학습합니다.

  • 초기 토폴로지 최적화 실행
  • 최적화된 형상에서 PolyNURBS 생성
  • 새 디자인 영역에 대한 요소 크기 설정
  • 래티스 최적화 실행
  • 래티스 결과 검토


그림 1. 래티스 최적화 결과

개요

래티스 스트럭쳐는 일반적으로 다른 유형의 셀로 구성되어 있습니다. Altair Inspire에서, 각 빔을 최적화해서 디자인 영역을 반복적인 패턴보다는 최적화된 래티스 스트럭쳐로 채울 수 있습니다. 이것은 솔리드에서만 작동하며, 디자인 영역은 비-디자인 영역과 분리되어야 합니다.

3D 인쇄에 고유하지만, 래티스 스트럭쳐는 디자인 측면에서 여러 가지 바람직한 특성을 가지고 있습니다. 대규모의 스트럭쳐 멤버 네트워크 때문에, 최적화된 래티스 디자인은 더욱 향상된 안정성과 바람직한 온도 작동을 보여주는 경향이 있습니다. 또한, 바람직한 무게 특성도 가지고 있으며, 목표 중량 감소를 위한 방법으로 사용됩니다. 래티스 디자인은 스트럭쳐의 다공성이 뼈와 조직의 성장을 촉진하기 때문에 임플란트와 같은 생의학 분야에 매우 적합합니다.

솔리드 스트럭쳐와 동일한 디자인 영역을 차지하는 래티스 스트럭쳐는 강성이 약하고 응력이 큽니다. 이 경우에는 전통적인 토폴로지 최적화에 대해 일반적으로 했던 것보다는 디자인 요구사항을 더욱 보수적으로 설정할 필요가 있습니다. 래티스 스트럭쳐에서는 동일한 영역을 차지하고 있는 솔리드 스트럭쳐보다 변위 및 응력이 5배에서 10배까지 커지는 경우가 그리 드문 일이 아닙니다. 성능 저하를 항상 정확하게 예측할 수 있는 것은 아니기 때문에, 래티스 최적화에서 원하는 결과를 얻기까지 점진적으로 엄격한 구속조건을 사용하면서 최적화를 시작할 필요가 있을 것입니다.

토폴로지 최적화 실행하기

먼저, 예제 모델의 디자인 영역에서 초기 토폴로지 최적화를 실행합니다. 최적의 토폴로지를 차지하는 래티스는 증가된 응력과 변위를 가질 것이기 때문에 최종 디자인에서 원하는 성능보다 5배 많은 응력 구속조건을 사용할 것입니다.

  1. F7 키를 눌러 데모 브라우저를 엽니다.
  2. 1.0_hanger_topology.stmod 파일을 두 번 클릭해서 모델링 창에서 파일을 로드합니다.

    이것은 하중 적용 점에서 0.15 mm의 최대 변위로 설정되어 있습니다. 이것은 다음 단계에서 중요하게 될 것입니다.

  3. 단위 체계 선택기의 표시 단위가 MPA(mm t N s)로 설정된 것을 확인하십시오.
  4. 스트럭쳐 리본의 최적화 아이콘에서 최적화 실행을 클릭합니다.
  5. 아래 그림과 같이 최적화 실행 창에서 옵션을 설정합니다.
  6. 최적화 유형에 토폴로지를 선택합니다.
  7. 최적화 목표에 질량 최소화를 선택합니다.
  8. 응력 구속조건에서, 최소 안전 인자를 5.0으로 설정합니다.
  9. 최소 두께 구속으로 15 mm를 입력합니다.
  10. 실행을 클릭합니다.
  11. 실행이 완료되면, 결과를 표시할 실행 이름을 두 번 클릭합니다. (또는 F7 키를 누르고 데모 브라우저에서 1.1_hanger_topology_run.stmod 파일을 두 번 클릭하여 결과가 포함된 파일을 로드합니다.)

최적화된 결과에 해석 실행

그 다음에, 하중 점에서의 변위가 0.02 mm(궁극적인 목표의 1/5) 미만이 될 때까지 최적화된 결과를 다른 임계치에서 다시 해석합니다.

  1. 형상 탐색기에서 해석 버튼을 클릭합니다.
  2. 실행이 완료되면, 결과를 표시할 실행 이름을 두 번 클릭합니다.
  3. 변위 결과 유형을 봅니다.
  4. 컬아웃에서 아이콘을 클릭하고 컬아웃을 하중 점에 배치합니다.
  5. 변위가 0.02 mm보다 크기 때문에, 최적화 결과 표시 아이콘을 클릭해서 초기 최적화 결과로 돌아가십시오.
  6. 형상 탐색기에서 토폴로지 슬라이더를 오른쪽으로 밀어서 임계치를 증가시킵니다.
  7. 해석 버튼을 클릭해서 다른 해석을 시작합니다.
  8. 하중 점의 변위가 0.02 mm 미만이 될 때까지 프로세스를 반복하십시오.
  9. 마우스 오른쪽 버튼으로 두 번 클릭해서 해석 결과 탐색기를 종료합니다.

최적화된 결과에서 PolyNURBS 파트 생성

PolyNURBS 도구를 사용해서 생성된 토폴로지 결과에 따라 새 디자인 영역을 만드십시오. (이 단계를 건너 뛰려면, 데모 브라우저에 있는 2.0_hanger_lattice_PN.stmod 파일을 로드하고 단계 5로 진행하십시오.)

  1. 지오메트리 리본에서 PolyNURBS를 선택합니다.
  2. 래핑 및 기타 PolyNURBS 도구를 사용해서 최적화된 형상 주변으로 PolyNURBS 파트를 작성합니다.
  3. F5 키를 눌러서 모델 구성 툴바를 엽니다.
  4. 모델 브라우저의 파트 1 옆에 있는 확인란의 선택을 해제해서 원래 디자인 영역을 끕니다.
  5. F5 키를 눌러서 모델 구성 툴바를 닫습니다.
  6. PolyNURBS 파트를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 컨텍스트 메뉴에서 디자인 영역을 선택합니다.
  7. 기본 토폴로지 최적화 결과에 맞춘 PolyNURBS 파트가 이제 새 디자인 영역이 됩니다.
  8. 디자인 영역이 비-디자인 보스 파트에서 약간 오프셋된 것을 볼 수 있는데, 이것은 결과 래티스가 돌출되는 것을 방지합니다.

요소 크기 자동 계산 끄기

목표 래티스 길이는 비-디자인 파트에 대해 가장 적합한 요소 크기보다 큰 경우가 많습니다. 따라서, 래티스 최적화를 실행하기 전에 속성 편집기에서 요소 크기 자동 계산을 끄십시오.

  1. F3을 눌러 속성 편집기를 엽니다.
  2. 베이스 파트를 선택합니다.
  3. 속성 편집기에서 요소 크기 자동 계산 확인란의 선택을 해제합니다.

래티스 최적화 설정 및 실행

이제 래티스 최적화를 실행할 것입니다. (이 단계를 건너 뛰려면, 데모 브라우저에 있는 3.0_lattice_hanger_PN_RUN.stmod 파일을 로드하고 단계 7로 진행하십시오.)

  1. 스트럭쳐 리본의 최적화 아이콘에서 최적화 실행을 클릭합니다.
  2. 아래 그림과 같이 최적화 실행 창에서 옵션을 설정합니다.
  3. 최적화 유형으로 래티스를 선택합니다.
  4. 최적화 목표로 질량 최소화를 선택합니다.
  5. 래티스에서 대상 길이를 6 mm로 설정하고, 최소 직경을 1 mm로 설정하고, 최대 직경을 3 mm로 설정합니다.
  6. 채우기 퍼센트를 100% 래티스로 설정합니다.
  7. 응력 구속조건에서, 최소 안전 인자를 1.0로 설정합니다.
  8. 실행을 클릭합니다.
  9. 실행이 완료되면, 결과를 표시할 실행 이름을 두 번 클릭합니다.

래티스 최적화 결과 검토

이전 단계에서 실행한 래티스 최적화의 결과를 검토합니다. 래티스 최적화 결과는 형상 탐색기가 아니라 해석 결과 탐색기에 나타납니다.

  1. 안전율 결과를 확인합니다. 최소값이 2.0(목표값 1.0 초과)인 것에 유의하십시오.
  2. 변위 결과 유형을 봅니다.
  3. 컬아웃에서 아이콘을 클릭하고 컬아웃을 하중 점에 배치합니다. 1499mm 값이 구속조건 0.15mm 이내인 것에 유의하십시오.
  4. 해석 결과 탐색기의 보이기에서 아이콘을 클릭해서 곡면을 숨깁니다.
  5. 아이콘을 클릭하고 부드러운 래티스를 선택합니다. 이렇게 하면 래티스 빔 사이에 반경이 있는 결과 래티스 스트럭쳐의 대체 시각화가 표시됩니다.
    그림 2. 부드러운 래티스 켬
    그림 3. 부드러운 래티스 끔
  6. 다양한 래티스 매개변수를 시험해 보십시오. 해석 결과 탐색기의 하단에서 결과 비교 버튼을 클릭해서 다양한 결과와 최적화된 래티스 스트럭쳐의 총 질량을 비교하십시오.