Kaikki aineistot
Lisää
Työssä hyödynnetään rakenneoptimoinnin menetelmää, topologian optimointia, sähkökoneen osarakenteen uudelleensuunnitteluissa. Tavoitteena on lisätä rakenteen jäykkyyttä ennalta määrätyn tilavuusrajoitteen puitteissa. Topologian optimointi suoritetaan kaupallisella OptiStruct ohjelmistolla, joka hyödyntää nk. SIMP-menetelmää. Alkuperäinen sähkökoneen osarakenne on hitsattu teräslevyistä, mutta optimointitulos koostuu perusaineesta ja siksi optimoidussa rakenteessa ei ole hitsejä. Tämän vaikutusta rakenteen väsymiskestävyyden nousuun tutkitaan lyhyesti. Topologian optimoinnin teoria esitellään ja käytetty ohjelmisto testataan kolmella alan kirjallisuudesta saadulla optimirakenteella. Topologian optimoinnin käyttöönottoa tuotteen suunnitteluprosessissa käsitellään ja annetaan esimerkkejä prosessista. Ohjelman validointitulosten mukaan OptiStruct tuottaa optimoituja ja läheisoptimaalisia rakenteita ja ohjelmaa suositellaan käytettäväksi lopputyössä. Topologian optimointi lineaaristen elementtien malleilla paljasti tunnettuja SIMP-menetelmän ominaisuuksia, kuten nk. shakkilautarakenteen muodostumisen ratkaisussa. Osarakenteen optimoinnissa käytetään erilaisia kuormitustapauksia. Reunaehdot annetaan ennalta määrättyinä staattisina siirtyminä, jotka saadaan erillisestä FE-analyysista. Siirtymät edustavat alirakenteen käyttöympäristössään kokemia kuormia. Aluksi optimointi ratkaistaan jokaisessa kuormitustapauksessa erikseen, hyödyntäen lineaaristen elementtien mallia, ilman optimoinnin lisärajoitteita. Tulosrakenteiden piirteitä ja eroja tutkitaan ja tietoja hyödynnetään myöhemmissä analyyseissa. Tämän jälkeen suoritetaan yhdistetty, monen kuormitustapauksen optimointi, parabolisten elementtien mallilla. Tässä optimoinnissa hyödynnetään lisärajoitteina symmetriaa ja rakenneosien minimipaksuusehtoa. Uusi osarakenne on modifioitu topologian optimointitulos. Rakenteen staattinen jäykkyys nousi ja rakenteen paino lisääntyi n. 8 % verrattuna alkuperäiseen rakenteeseen. Optimoidun osarakenteen väsymiskestävyys parani, koska hitsit jäivät pois kuormitetuilta alueilta. Topologian optimointia ehdotetaan hyödynnettäväksi konseptivaiheessa, mutta menetelmä soveltuu myös tarkasti määriteltyjen rakenteiden optimointiin.