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Jeudi, 30 novembre 2023
Créativité dans le design mécanique à l’aide de
l’optimisation topologique
Pierre Duysinx, Vice-Recteur et Professeur Ordinaire (Faculté des
Sciences Appliquées, A&M, ULiège)
Etienne Lemaire, Software Engineering Manager (Siemens Industry
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Liège Créative 30-Nov-2023
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Build Topology Optimization tool inside CAD environment
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• Design space, objective and constraints, loads, …
• Meshless from user perspective
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Créativité dans le design mécanique à l’aide de l’optimisation topologique

  • 1. Jeudi, 30 novembre 2023 Créativité dans le design mécanique à l’aide de l’optimisation topologique Pierre Duysinx, Vice-Recteur et Professeur Ordinaire (Faculté des Sciences Appliquées, A&M, ULiège) Etienne Lemaire, Software Engineering Manager (Siemens Industry Software | Centre d’Exploitation et de Compétence Samtech) Julien Magnien, Engineer Additive Manufacturing (Sirris)
  • 2. LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :
  • 3. NX Topology Optimization Topology Optimization Driven by Functional Requirements Liège Créative 30-Nov-2023 E. Lemaire Unrestricted | © Siemens 2023 | Siemens Digital Industries Software
  • 4. Which design is optimal? Which design fits all functional requirements? Unrestricted | © Siemens 2023 | Siemens Digital Industries Software Page 2
  • 5. Topology optimization benefits Unrestricted | © Siemens 2023 | Siemens Digital Industries Software Optimize designs for use with additive and subtractive manufacturing methods Reduce manufacturing cost by replacing complex assemblies with fewer parts Obtain design guidance based on an understanding of load paths Create strong, lightweight designs to reduce material ecological footprint Page 3 Should be used as early as possible in the design process … but classical tool are targeted to CAE experts
  • 6. Designer focused solution for product design Unrestricted | © Siemens 2023 | Siemens Digital Industries Software Generates NX Mixed Convergent Body© GPU-accelerated Novel solver technology Integrated in NX as a CAD-feature Designed for and around designers Inputs driven by functional requirements NX 𝐽(𝑥) 𝐽(𝑥) 𝑔(𝑥) Page 4
  • 7. From classical topology optimization workflow … Unrestricted | © Siemens 2023 | Siemens Digital Industries Software Page 5 Define design space & construction bodies Add shape constraints Validate through simulation Reuse optimized geometry right away Define structural “purpose” conditions, loading Let the Optimizer do the work (hours) Optimization goal and performance constraints min 𝑓(𝑥) g 𝑥 < 𝑐 Generate Finite Element Mesh Construct new geometry
  • 8. … to NX Topology Optimization Unrestricted | © Siemens 2023 | Siemens Digital Industries Software Page 6 Define design space & construction bodies Add shape constraints Validate through simulation Reuse optimized geometry right away Define structural “purpose” conditions, loading Optimization goal and performance constraints Let the Optimizer do the work (minutes) min 𝑓(𝑥) g 𝑥 < 𝑐
  • 9. NX Topology Optimization Build Topology Optimization tool inside CAD environment • Working in the same environment as the designer • Upstream and downstream associativity • Common expressions and parameters • Dedicated feature • Ease of use • Streamline usage of Functional Requirements to guide the design • Design space, objective and constraints, loads, … • Meshless from user perspective • Fast solution time • Parallelized on CPU and GPU • Result readily usable in CAD Unrestricted | © Siemens 2023 | Siemens Digital Industries Software Page 7
  • 10.
  • 11.
  • 12. Coarse vs Ultra Fine Restricted | © Siemens 2022 | Siemens Digital Industries Software | Where today meets tomorrow. Page 10 Coarse resolution 1min 24s Ultra fine resolution 5min 45s
  • 13. Self support constraint - setup Restricted | © Siemens 2022 | Siemens Digital Industries Software | Where today meets tomorrow. Page 11
  • 14. Self support constraint - result Restricted | © Siemens 2022 | Siemens Digital Industries Software | Where today meets tomorrow. Page 12
  • 15. Supported features Loads Environment loads • Gravity Analysis Constraints Optimization objectives • Maximize stiffness • Minimize mass • Maximize 1st Eigenfrequency Optimization constraints • Mass • Von Mises Stress • Displacement Shape Constraints Restricted | © Siemens 2022 | Siemens Digital Industries Software | Where today meets tomorrow. Page 13
  • 16. Page 14 Unrestricted | © Siemens 2023 | Siemens Digital Industries Software
  • 17. Contact Efthymios Papoutsis Structural Optimization Product Manager Simulation & Test Solutions (STS) Siemens Digital Industries Software Otto-Hahn-Ring 6 81739 Munich Germany E-mail Efthymios.Papoutsis@siemens.com Page 15 Unrestricted | © Siemens 2023 | Siemens Digital Industries Software Etienne Lemaire Structural Optimization Development Manager Simulation & Test Solutions (STS) Siemens Digital Industries Software Rue des Chasseurs Ardennais, 8 4031 Angleur Belgique E-mail Etienne.Lemaire@siemens.com