Grupo de Optimización Estructural DISEÑO ÓPTIMO DE UNIONES SEMIRRÍGIDAS MEDIANTE SIMULACIÓN NUMÉRICA Y MODELOS KRIGING 2011 ANSYS Iberian conference, Madrid 22 y 23 de Noviembre Dr. Pascual Martí Montrull 1 Ing. Jesús Martínez Frutos 1 Dra. Concepción Díaz Gómez 1 José Guillen Mercader 2 Dra. Mª Eugenia Requena Pérez 2 Dr. David Herrero Pérez 1 Dr. Mariano Victoria Nicolás 1 1 Univ. Politécnica de Cartagena Departamento de Estructuras y construcción 2 Centro de Supercomputación Fundación Parque Científico Murcia
44
Embed
DISEÑO ÓPTIMO DE UNIONES SEMIRRÍGIDAS MEDIANTE … · Grupo de Optimización Estructural DISEÑO ÓPTIMO DE UNIONES SEMIRRÍGIDAS MEDIANTE SIMULACIÓN NUMÉRICA Y MODELOS KRIGING
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Grupo de Optimización Estructural
DISEÑO ÓPTIMO DE UNIONES SEMIRRÍGIDAS MEDIANTE SIMULACIÓN NUMÉRICA Y
MODELOS KRIGING
2011 ANSYS Iberian conference, Madrid 22 y 23 de Noviembre
Dr. Pascual Martí Montrull 1
Ing. Jesús Martínez Frutos 1
Dra. Concepción Díaz Gómez 1
José Guillen Mercader 2
Dra. Mª Eugenia Requena Pérez 2
Dr. David Herrero Pérez 1
Dr. Mariano Victoria Nicolás 1
1 Univ. Politécnica de CartagenaDepartamento de Estructuras y construcción
2 Centro de SupercomputaciónFundación Parque Científico Murcia
Grupo de Optimización Estructural
1
2
5
6
Motivación
Modelo de Elementos Finitos
Conclusiones
Presentación
1
4
Optimización Multi-objetivo de uniones semirrígidas
Exploración del espacio de diseño mediante el uso de Meta-modelos
3 Explotación de modelos de simulación de alto coste computacional
Grupo de Optimización Estructural
2
ANSYS Workbench
Motivación
Grupo de Optimización Estructural
ANSYS Workbench
Motivación
3
Laboratoriovirtual
Análisis de sensibilidad
Exploración del espacio de diseño
Optimización GlobalOptimizaciónMultiobjetivo
OptimizaciónMultidisciplinar
Optimizaciónbajo incertidumbre
Mejores Diseños & Menores Costes
Grupo de Optimización Estructural
ANSYS Workbench
Motivación
3
Laboratoriovirtual
Análisis de sensibilidad
Exploración del espacio de diseño
Optimización GlobalOptimizaciónMultiobjetivo
OptimizaciónMultidisciplinar
Optimizaciónbajo incertidumbre
Mejores Diseños & Menores Costes
Grupo de Optimización Estructural
ANSYS Workbench
Motivación
3
Laboratoriovirtual
Análisis de sensibilidad
Exploración del espacio de diseño
Reducción coste computacional
Optimización GlobalOptimizaciónMultiobjetivo
OptimizaciónMultidisciplinar
Optimizaciónbajo incertidumbre
Mejores Diseños & Menores Costes
Grupo de Optimización Estructural
Motivación
4
� Exploración y optimización de modelos de elementos finitos de alto coste
computacional mediante la utilización de Meta-modelos y explotación del
cálculo distribuido (Centro de Supercomputación Ben Arabí) en el entorno
ANSYS Workbench .
ANSYS®WorkbenchTM Platform
META-MODELOS + CÁLCULO DISTRIBUIDO
Grupo de Optimización Estructural
5
ANSYS Workbench
Modelo de E lementos Finitos
Grupo de Optimización Estructural
Modelización de uniones semirrígidas mediante Elementos Finitos
6
Ventajas
• Determinar el comportamiento
rotacional de la unión.
• Evitar la necesidad de ensayos
experimentales.
• Generar estudios paramétricos.
• Posibilitar el estudio de efectos
locales difícil de determinar
experimentalmente con suficiente
precisión.
En la actualidad, el método de los elementos finitos está ampliamenteaceptado como la técnica más eficaz para obtener soluciones numéricas deproblemas estructurales.
Grupo de Optimización Estructural
7
Modelo de elementos finitos. Características del MEF
• En el presente trabajo se ha utilizado un modelo de elementos finitos desarrollado en código APDL de una unión semirrígida con chapa de testa extendida.
Grupo de Optimización Estructural
8
Modelo de elementos finitos. Características del MEF
Componente Elemento
VigaColumnaChapa de
testaSoldaduraTornillos
SOLID45Hexaédrico de 8 nodos, 3 gdl
por nodo, integración completa, funciones de forma
auxiliares incompatibles,grandes deformaciones y
desplazamientos, y contacto
ContactoSuperficie-superficie
CONTAC173Elemento 3D de 4 nodos
TARGET170Superficie principal asociada al
elemento de contacto
Pretensado de los tornillos
PRETS1791 gdl en la dirección del
pretensado
Estadística
Elementos 53903
Nodos 71076
gdl 193279
Grupo de Optimización Estructural
9
Modelo de elementos finitos. Calibración y validación
Optimización Multi-objectivo de uniones semirrígidas
CPUtime = ngen x npop x time_mef = 100*50*2 horas =10000 horas= 1.14 años
CPUtime= ndoe x time_mef + nge x npop x time_kg =100*2 + 100*50*2.7e-7 =200 horas= 8.3 días
+Metamodelos reutilizables
• ngen= número de generaciones (MOGA)
• npop= tamaño inicial de la población (MOGA)
• time_mef = coste computacional del modelo de elementos finitos
• ndoe = tamaño del DOE
• time_kg = coste computacional de una evaluación del modelo Kriging
CPUtime= (ndoe x time_mef)/speedup + nge x npop x time_kg =(100*2)/10 + 100*50*2.7e-7 =20 h
Grupo de Optimización Estructural
37
ANSYS Workbench
Conclusiones
Grupo de Optimización Estructural
38
Conclusiones
• El entorno ANSYS Workbench puede utilizarse como un laboratorio virtual , queproporciona al diseñador unas herramientas eficientes, que posibilitan un mejorconocimiento del problema y la obtención de mejores diseños .
• La utilización de Meta-modelos se ha mostrado como una solución eficaz parareducir el coste computacional de procesos de diseño con modelos de elementosfinitos complejos. De esta forma, resuelven necesidades de la industria tales comola optimización global, multidisciplinar o probabilista.
• Para la aplicación desarrollada, la utilización de Meta-modelos proporciona mayorinformación acerca del comportamiento de la unión y de los modos de falloinvolucrados en la misma.
• La combinación de Meta-modelos con cálculo distribuido (Centro deSupercomputación Ben Arabí) permite disminuir en mayor medida el costecomputacional, aumentando la productividad y competitividad en el proceso dediseño.