La conception mécanique consiste à élaborer des pièces et des structures tout en considérant des contraintes techniques diverses et variées (niveaux de sollicitation, vibrations, encombrement, facteurs environnementaux…). Dans le respect du cahier des charges établi en amont de chaque projet, les concepteurs recourent de plus en plus à des outils de Conception Assistée par Ordinateur (CAO) et ressentent de plus en plus le besoin de modéliser et de simuler numériquement les pièces conçues. L'optimisation topologique est une méthode mathématique qui optimise numériquement la disposition des matériaux dans le but de maximiser les performances du système. L’Université de Liège a été l’un des précurseurs au niveau mondial dans l’implémentation logicielle de cette méthode et fera un état des lieux sur la recherche dans le domaine. Cette conférence proposera aussi de passer en revue les possibilités d’optimisation topologique offertes dans l’environnement NX de Conception Assistée par Ordinateur (CAO) développé par Siemens, prenant de plus en plus en compte les contraintes associées aux différents procédés de fabrication. Un de ceux-ci se distingue particulièrement à l’heure actuelle. Il s’agit de la fabrication additive. En effet, Sirris complètera le panel en illustrant son importance croissante pour l’industrie au sens large parce que l’optimisation topologique y offre de nouvelles perspectives pour rencontrer les spécifications structurales et multidisciplinaires de beaucoup d’applications, avec des performances supérieures et des bilans de masse inférieurs aux structures fabriquées par les procédés traditionnels.

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
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4. Which design is optimal?
Which design fits all functional requirements?
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5. Topology optimization benefits
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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
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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
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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)
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7. From classical topology optimization workflow …
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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
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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
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12. Coarse vs Ultra Fine
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Coarse resolution 1min 24s Ultra fine resolution 5min 45s

13. Self support constraint - setup
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14. Self support constraint - result
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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
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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
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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