METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME 654 OPTIMUM DESIGN OF MECHANICAL PARTS บทที่ 10 ตัวอย่างปัญหาการออกแบบที่ เหมาะสมที่สุด ของชิ้นส่วนทางกล ดุลยโชติ ชลศึกษ์ Mechanical Engineering Department Thammasat University

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples2 หัวข้อ 10.1 การออกแบบข้องอฉากภายใต้การไหลแบบศักย์ 10.2 การออกแบบข้อต่อกระจายอากาศเพื่อเพิ่ม ความดัน 10.3 การออกแบบแขนส่งแรงภายใต้ภาระคงที่ 10.4 การออกแบบแผ่นเหล็กลอนเสริมความแข็งแรง สำหรับหลายเป้าหมาย 10.5 การออกแบบคานยื่นแบบสั้นโดยใช้วิธีการ กระจายวัสดุตามความเค้น 10.6 การออกแบบการจัดวางเส้นใยเสริมแรงใน ทิศทางที่เหมาะสมที่สุด

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples3 การออกแบบโปรแกรม DOE Black-Box Solver Initial geometry (control points) Optimum geometry (control points) Additional Input e.g. boundary conditions Pre-processor Post-processor Interface (CAD) Control points Geometry or grid Solution Field Objective Function NURBS Data translator CAEOptimizer

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples4 การแทนรูปร่างอิสระ

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples5 Bezier Spline Curves

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples6 Properties of B-Spline Curves P0P0 P1P1 P2P2 P3P3 P4P4 P5P5 i. Convex hull ii. End slopes iii. Degree elevation (Bezier curve only)

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples7 การออกแบบข้องอฉากภายใต้การไหล แบบศักย์ 10.1

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples8 การลู่เข้าสู่คำตอบ

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples9 คำตอบ

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples10 การออกแบบข้อต่อกระจายอากาศเพื่อเพิ่ม ความดัน 10.2

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples11 Optimization Process Design spaceCorresponding shapes y1y1 y2y2 y3y3 1 i y1y1 y2y2 Initial shape Iterative design # i 2 y1y1 y2y2... y1y1 y2y2 y3y3 Degree elevation...

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples12 ตรวจสอบความแม่นยำของโปรแกรม CFD

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples13 การสร้างกริด และแก้ปัญหาการไหลด้วย CFD

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples14 การลู่เข้าสู่คำตอบ

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples15 คำตอบ y x

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples16 การออกแบบแขนส่งแรงภายใต้ภาระคงที่ 10.3

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples17 การคำนวณความเค้นด้วยวิธีการเชิงตัวเลข

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples18 การลู่เข้าสู่คำตอบ

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples19 การลู่เข้าสู่คำตอบ (2)

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples20 การลู่เข้าสู่คำตอบ (2) Optimum design Robust design High Low Stress magnitude

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples21 การออกแบบแผ่นเหล็กลอนเสริมความ แข็งแรง 10.4 Multiple objectives: Min. weight Min. deflection Max. natural frequency Max. SNR (for robustness) Pareto optimization: No obvious maximum or minimum Multiple solutions a q

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples22 เอลิเมนต์แบบเปลือกบาง

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples23 ชุดคำตอบพาเรโต Pareto solutions Structural weight Natural frequency Boundary

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples24 การกำหนดตัวแปร Set up design variables Thickness (t)Height (h) Pitch (p) Shape (  ) Numerical experiments: Sample: start with 2000 designs (progressively increase to 4500) h 0.25p 0.5p0.25p 0.5p0.25p 0.5p0.25p  = 1  = 0.5  = 0

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples25 การค้นหาคำตอบ Trial designs FE model generator Post processor I-DEAS Design variables FE model Objective function Solution field Data set Data generation Design rules (1) Robustness analysis (2) Select feasible designs (3) Identify robust-optimum designs (4) Extract features Data analysis Data analysis

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples26 ฟังก์ชั่นเป้าหมาย weight SNR (U max ) SNR (  ) Natural frequency  Max. deflection U max

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples27 การกำหนดตัวแปร W   = 0.25 Feasible region weight Feasibility index 

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples28 W T Robust-optimum designs Feasible designs Trial designs T = 0.31W Thickness Weight W P Robust-optimum designs Feasible designs Trial designs W - 270W W T Robust-optimum designs Feasible designs Trial designs T = 0.31W W H Robust-optimum designs Feasible designs Trial designs W - 220W W  Robust-optimum designs Feasible designs Trial designs weight Shape Height Thickness Pitch แนวโน้มคำตอบ

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples29 ชุดคำตอบพาเรโต Thickness: T = 0.31W Pitch: P = W – 270W 2 Height: H = W – 220W 2 Shape:  = 0 H / P  1 Observation H P Natural frequency:  = W – 130W 2 Max. deflection:  U max = 0.54W -1.5

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples30 ตัวอย่างคำตอบ Height  Weight = Unconstrained Weight =

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples31 การออกแบบคานยื่นแบบสั้น 10.5 l / h = 2 F l h x y unchanged

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples32 การลู่เข้า iteration Max stress Min stress Volume

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples33 ผลการออกแบบ

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples34 การออกแบบการจัดวางเส้นใยเสริมแรง 10.6

METU Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Thammasat University ME654 Module 10: Engineering Design Examples35 การออกแบบการจัดวางเส้นใยเสริมแรง