Overslaan en naar de inhoud gaan
Home > Projects > Optimal design of multi-material structures (OPTIMULTI)

Optimal design of multi-material structures (OPTIMULTI)

Uitdaging

Het combineren van het “juiste materiaal op de juiste plaats en met de juiste geometrie” (ontwerp) om, rekening houdend met specifieke ontwerpregels, optimale prestaties aan een minimale kostprijs te verwezenlijken, is een serieuze uitdaging omdat er heel wat verschillende ontwerpvariabelen (zoals materiaaltypes, vorm, verschillende beperkingen, verschillende eigenschappen, enz.) zijn.

De huidige state-of-the-art ontwerpoptimalisatieprocessen starten met het optimaliseren van de topologie door binnen een bepaalde ontwerpruimte te zoeken naar de best mogelijke materiaalverdeling om een specifieke doelfunctie, bijv. maximale gewichtsbeperking, te realiseren, rekening houdend met beperkingen zoals een welbepaalde minimale stijfheid. De verst gevorderde methodes zoals deze momenteel in commerciële tools gebruikt worden (en de actuele standaard praktijk in de industrie) beperken zich tot één enkel materiaal binnen één enkele ontwerpruimte. Recent werden enkele ontwikkelingen die de optimalisatie van samengestelde materialen mogelijk maken, gedemonstreerd op vereenvoudigde use cases en heel recent nog werd de optimalisatie van samengestelde materialen geïmplementeerd in één specifiek commercieel tool.

Alle optimalisatiemethoden en -tools (zowel voor één enkel materiaal als voor samengestelde materialen) hebben echter met elkaar gemeen dat ze enkel mechanische eigenschappen en gewicht als doelfunctie of beperking in overweging kunnen nemen (bijvoorbeeld om een bepaalde stijfheid bij een minimaal gewicht te realiseren). De productkosten kunnen door de ontwerper pas achteraf geëvalueerd worden. Bovendien blijft gespecialiseerde kennis vaak ongebruikt omdat de ontwerpregels niet formeel in het optimalisatiealgoritme geïntegreerd zijn, wat vaak leidt tot onhaalbare ontwerpen, bijv. vanuit productie- of montageoogpunt. Dit zijn allemaal belangrijke technologische hinderpalen wanneer we proberen om een haalbaar product te ontwikkelen waarbij prestaties en kostprijs in evenwicht gehouden worden.

Projectdoelstellingen

De algemene doelstelling van het OPTIMULTI-project is het ontwikkelen van een optimalisatiekader (methoden en ondersteunende tools) waarmee al in de 3D-ontwerpfase de optimale geometrie en de best mogelijke materiaalkeuze bepaald kunnen worden om de beoogde mechanische prestaties, het beoogde gewicht en de vooropgestelde kostprijs van samengestelde structuren én haalbare ontwerpen te realiseren door rekening te houden met specifieke ontwerpregels. Rekening houdend met de prioriteiten die door het industriële consortium vooropgesteld werden, zullen binnen het optimalisatiekader stijfheid en dynamische eigenschappen (bijvoorbeeld eerst eigen frequenties) als mechanische eigenschappen in overweging genomen worden.

Om deze algemene doelstelling te verwezenlijken, werden de volgende relevante en realistische doelstellingen gedefinieerd:

  • Doelstelling 1: De integratie van een globaal productkostmodel in het optimalisatiekader om de mechanische prestaties, het gewicht en de totale kostprijs gelijktijdig als producteigenschappen te optimaliseren.
  • Doelstelling 2: De ontwikkeling en validering van een optimalisatiemethode voor samengestelde materialen, waarbij specifieke ontwerpregels geïntegreerd worden. Deze optimalisatiemethode moet toelaten om gelijktijdig en op een efficiënte manier een haalbare materiaalkeuze en optimale geometrie (materiaalverdeling) vast te leggen, waarbij de producteigenschappen (mechanische prestaties, gewicht, kostprijs) als doelfunctie of beperkingen gebruikt worden.

Economic value

Het beoogde optimalisatiekader zal

  • productontwikkelaars en -fabrikanten in staat stellen om de prestaties, het gewicht en de kostprijs van hun producten op een tijd - en kostenbesparende manier te optimaliseren;
  • technologieproviders in staat stellen om hun technische diensten en tools uit te breiden naar oplossingen voor samengestelde materialen toe, met inbegrip van kostenraming en ontwerpregels;
  • materiaalleveranciers in staat stellen om de dienstverlening aan hun klanten uit te breiden naar systeemoplossingen toe, met name op het vlak van ontwerp en ontwerpoptimalisatie, niet alleen voor hun eigen materialen maar ook in combinatie met andere materialen en voor ontwerpen (ontwerpoptimalisaties) op maat van de specifieke toepassing van de klant.

Contact

Jan Stroobants - jan.stroobants@flandersmake.be 

Projectpartners 

Looptijd: 
1/01/2018 tot 31/12/2019