Specialized/Customized/Optimized CAE Solutions Provider    專業化/客制化/最佳化 CAE 服務
English


Home
Software
Consultancy
Partners
e-Learning

Contact
SmartDO
ADINA
ANSYS
LS-DYNA



公益活動
產品簡介
Brochure
更多SmartDO資訊請看 : Summary , Examples/Report , Newsletter , Resources/Support , Paper

SmartDO

The Smart Global Optimization Technology

SmartDO 電子報 2010/09/01 :SmartDO+ABAQUS高壓鋼瓶氣密性優化設計


前言

本期之電子報, 介紹結合SmartDO及ABAQUS非線性分析進行高壓鋼瓶氣密性之優化設計.在此例中, 經SmartDO計算後之新設計, 製造成成品測試後, 證明其氣密效果提升超過30%.

本文內容節錄自 國立交通大學機械系 2010年6月碩士論文 "
八克高壓鋼瓶O-ring封口之有限元素分析與尺寸最佳化 (Improving the O-ring Sealing of 8 gram Charger by Finite Element Analysis and Shape Optimization)"
作者為 蔡正一, 指導教授 洪景華老師. 該論文全文,包括SmartDO輸入檔, ABAQUS輸入檔, 可於以下聯結搜尋下載(系統編號:GT079714504)  http://140.113.39.130/cgi-bin/gs/tugsweb.cgi?o=dnctucdr


問題描述

本研究之對向, 為用於奶油發泡器的8g小鋼瓶(如圖1.3)。此鋼瓶由100%可回收的鋼鐵製成,裡面充填N2O高壓氣體。一支標準的(8g重的 N2O)高壓氣體鋼瓶可以打發泡0.5L 的奶油,但若其密封效果不佳,很容易因為置放過久而漏氣,造成無法打出適量的奶油。其頭部氣封斷面構造如圖1所示.
 
圖1
8g之小型高壓氣體鋼瓶之頭部斷面構造

目前業界高壓氣體鋼瓶封口的製程是以一道次沖壓封口成形,其大略過程則如圖2所示

圖2 8g之小型高壓氣體鋼瓶之頭部沖壓封口過程示意圖

此沖壓過程可由有限元素法非線性分析精確模擬. 圖3為某一尺寸組合之有限元素網格及其模擬結果.

圖3 有限元素法網格及非線性分析模擬所得之沖壓結果

由文獻及經驗得之, 以下因素會影響鋼瓶封口之氣密性
  • O-Ring與之最接觸應力越大,其氣密性越佳
  • O-Ring接觸應力之之標準差 (Standard diviation)越大,其氣密性越差
  • O-Ring之接觸面積越大,氣密性越佳
研究發現, 以上各項氣密因素, 皆可藉由改變沖頭之型狀而改變. 而其最終結果, 可由有限元素法分析預測求得量化之明確指標. 這些結果及檢驗標準與SmartDO作適當之結合即可進行優化設計.


最佳化模型建立(Design Optimization Modeling)
將上述之有限元素法模型參數化, 並在ABAQUS之前處理中以Python程式語言作成batch執行檔, 即可快速地與SmartDO進行整合. 在此研究中, 我們使用如圖4所示,在沖頭上的4個設計變數(DV1~DV4), 並選定一組特定鋼瓶尺寸為設計對向. 此最佳化設計之數學模式定義為
Find :             DV1, DV2, DV3, DV4
To Maximize :  最大接觸應力
Subjected To:   接觸應力標準偏差 < 3 MPa
                       接觸面積 > 80%



圖4
 沖頭上的4個設計變數(DV1~DV4)

計算結果及實物比對
經SmartDO與ABAQUS優化計算後, 設計結果如下
  • 最大接觸應力:由1.85MPa提升至17.6MPa
  • 接觸面積:由67%提升至82.35% 
  • 接觸應力標準差:由0.516改變至2.067
將新設計製造成成品,與原設計測試比較後, 發現其漏氣量由 0.004189公克/每日 降低至0.002846公克/每日, 其氣密效過提升超過30%.


結論
由上述的案例中,我們發現SmartDO不但可以穩定地進行高度非線性結構行為的最佳化運算, 其設計結果製造成實體產品後, 證明其效率提升了30%以上. 這證明了SmartDO不但在運算技術上上超越其它軟體, 其設計結果更是符合實際需求.  未來我們會持續為SmartDO開發更多的Smart Global Optimization技術,也會持續在電子報堿停z介紹更多的訊息.

如您希望得到更多的SmartDO資料, 請光臨我們的網站
http://www.fea-optimization.com/SmartDO/index_c.htm






All brand or product names are trademarks or registered trademarks of their respective holders. Copyright of all materials in the links belongs to their respective authors. I am not responsible for any contents inside any links.

(c)
Copyright, 1998-, Shen-Yeh Chen, Ph.D. All rights reserved.陳申岳