NAFEMS Automatisierung Multidisziplinärer Optimierung- und Analyseprozesse zur Verbesserung von Karosseriestrukturen Dr.-Ing. Lars Gräning Dynardo GmbH [email protected]
NAFEMS
Automatisierung Multidisziplinärer
Optimierung- und Analyseprozesse zur
Verbesserung von Karosseriestrukturen
Dr.-Ing. Lars Gräning
Dynardo GmbH
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Karosseriestrukturen, NAFEMS DACH Conference 18, 14.-16. Mai Bamberg, Germany
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Introduction MDO (Multi-disciplinary optimization)
Durability- Drive train stiffness
- BIW stiffness
- Door opening /
closing
- Component stresses
- …
Car Safety- Front crash
- Side crash
- Occupant safety
- Pedestrian safety
- …
NVH- Static & dynamic
stiffness car body
- Body noise transfer
- Seat vibrations
- Drive train noise
…
MDO
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• Assumption: optimal design is superior to the
optimization of all disciplines in a sequence by
exploiting interaction between disciplines and groups
• Identification of trade-offs and conflicts early in the
design process
• Including multiple disciplines simultaneously increases
complexity of the optimization task
• Connection of different engineers and teams
Introduction MDO (Multi-disciplinary optimization)
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1. Process automation and customization
2. Efficient algorithms: meta-modeling, sensitivities,
optimization, robustness analysis and opt. …
3. Simulation and Process Data Management (SPDM)
4. Knowledge and data exchange
5. Re-use of models, workflows and scripts
Concepts and tools for an efficient and successful MDO:
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Dynardo
• Founded: 2001
• More than 60 employees,
offices at Weimar and Vienna
• Leading technology companies Daimler,
Bosch, ZF/TRW, Siemens are supported
Software Development
Dynardo is engineering specialist for
CAE-based sensitivity analysis,
optimization, robustness evaluation
and robust design optimization
• Mechanical engineering
• Civil engineering &
Geomechanics
• Automotive industry
• Consumer goods industry
• Power generation
CAE-Consulting
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Openness – open and programmable architecture
• Plugins
• CAx Toolintegrations
• Algorithms
• (PLM-) Databases
• Interfaces
• Batch
• Scriptable (.py)
• Shared libraries (.dll, .so)
• Remote control (TCP/IP)
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CAx Tools
Algorithms
Databases
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Customization overview
• optiSLang provides plugin mechanisms via Python scripting
• Define own integration nodes
• Implement own algorithms
• Customize Solver Wizard and Postprocessing
• Implement Data Mining functions
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MidasEdyson
Adams
TurboOpt
optiSLang v7.1: Integrations
Win-BatchMATLAB Linux-Shell
Plug-in and WB node
LMS Amesim
Octave
LS-DYNA
Python
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Reduced Crash Box modelCrash can
Traverse
Front bumperMounting points
• ANSA: LS-Dyna Tutorial example
• Beams are connected with a
cylindric traverse
• Front connected with double
traverse
• Evaluation of NVH: static stiffness &
Safety: front crash
• Crumble zones to control
buggling
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Vertical offset 1...4
Vertical Width 1...4
Width_Extend_Front_Sym
Width_Extend_Base_Sym
Height_Extend_Front_Sym
Height_Extend_Base_Sym
Design variables (Shape morphing with ANSA)
• ANSA morphing to parameterize
double beam geometry
• Compact representation to generate
geometric variations
• Elongation of front and rear can be
controled independently
• Direct morphing is used to vary
crumble zones
• Morphing techniques facilitate a
smooth deformation of the surface –
suited for design optimization tasks
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ANSA integration into optiSLang
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I. NVH: Stiffness
2:Fz = -10.0 kN1:Fy = 10.0 kN
II. Safety: Front Crash
Objective: minimize mass
Constraints:
• dy < 1.5 mm
• dz < 2.5 mm
Simulation: MSC Nastran
Vx=12m/s
Objective: minimize mass
Constraints:
• Fmax < 100 kN
• dmax < 340 mm
Simulation: LS Dyna
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META integration into optiSLang
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ANSA Solver META post
wall
crash box structure
Signed von Mises
Process automation for direct MDO
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- Simulation results
- Pictures, movies, …
- Meta-model
- Workflow + settings
- Meta-model
- …
- CAD geometry
- FE mesh
- Boundary conditions
- Material properties
- Meta-model
- …
EKMProcess Execution & Data Management
Simulation process data management (SPDM)
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Re-use and version control of processing scripts
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Tutorial optiSLang © Dynardo GmbH
…
Workflow management, re-use and exchange
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ANSA Solver META post
wall
crash box structure
Signed von Mises
Process automation for direct MDO
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Results direct optimization with Evolutionary Algorithm
Resulting mass: 8.99 kg Computational costs: 282 simulations
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Process data /
information
Design data /
information
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EKM
Process Execution& Data
Management
Meta-model
assisted
MDO
Discipline:
DurabilityDiscipline:
Crash (Car Safety)
Meta-model assisted MDO
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EKM
Process Execution& Data
Management
Meta-model
assisted
MDO
Discipline:
DurabilityDiscipline:
Crash (Car Safety)
Meta-model assisted MDO
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Automatic workflow with a minimum of solver runs to:
• identify the important parameters for each response
• understand and reduce the optimization task
• check solver and extraction noise
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Sensitivity Analysis: build MOP and identify most important design variables
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Meta-model: Meta-model of Optimal Prognosis (MOP)
• Objective measure of prognosis quality
• Determination of relevant parameter subspace
• Determination of optimal approximation model
• Approximation of solver output by fast
surrogate model without over-fitting
• Evaluation of variable sensitivities
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Total CoP
82%
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Front crash
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Front crash
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EKM
Process Execution& Data
Management
Meta-model
assisted
MDO
Discipline:
DurabilityDiscipline:
Crash (Car Safety)
Meta-model assisted MDO
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Results meta-model assisted optimization with Evolutionary Algorithm
Resulting mass: 8.68 kg (-3.7%) Computational costs: 161 simulations (Sensi + validation) (-75%)
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2. Efficient algorithms: meta-modeling, sensitivities,
optimization, robustness analysis and opt. …
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4. Knowledge and data exchange
5. Re-use of models, workflows and scripts
Concepts for an efficient and successful MDO:
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phone +49 (0) 3643 9008-32
Many thanks to Serafim Chatzimoisiadis and Vassilios Mazis from BETA CAE Systems for
there support regarding ANSA and META.
Acknowledgement:
Vielen Dank!Besuchen Sie uns am Stand