구조 최적화를 위한 위상 안정적인 CAD 모델 생성
📝 원문 정보
- Title: Topologically robust CAD model generation for structural optimisation
- ArXiv ID: 1906.07631
- 발행일: 2020-07-15
- 저자: Ge Yin, Xiao Xiao, Fehmi Cirak
📝 초록 (Abstract)
컴퓨터 지원 설계(CAD) 모델은 제품의 설계, 제조 및 유지보수에 중요한 역할을 합니다. 따라서 구조 최적화에서 일반적으로 사용되는 메시 기반 유한 요소 설명이 먼저 CAD 모델로 번역되어야 합니다. 현재 이 과정은 최대한 수동으로 수행됩니다. 본 논문에서는 토폴로지가 정확하게 유지된 상태에서 구조적 안정성을 갖춘 매개변수화된 CAD 모델을 자동으로 생성하는 방법을 제안합니다. 우리의 접근 방식은 먼저 토폴로지 최적화 된 유한 요소 모델을 공간 프레임 구조로 변환하고, 그 다음 CSG(Constructive Solid Geometry) 연산을 사용하여 CAD 시스템에서 재생성하는 것입니다. 얻어진 매개변수화된 CAD 모델은 가능한 한 적게 기하학적 매개변수를 갖추며, 이는 CAD 시스템 내에서 편집 및 추가 처리가 용이하게 합니다. 토폴로지 최적화 된 구조를 최적의 공간 프레임 구조로 변환하는 핵심 작업은 여러 단계를 거쳐 수행됩니다. 먼저 디지털 위상학 알고리즘을 사용하여 토폴로지가 유지된 상태에서 볼륨 체인 모델을 생성하고, 이 모델로부터 정의된 무게 부여된 무향 그래프를 처리하여 공간 프레임 구조를 얻습니다. 이후 프레임 구성 요소의 단면과 레이아웃을 최적화하여 변환 과정에서 손상되었던 최적성을 회복합니다. 마지막으로, 원시적인 형체들인 실린더와 구를 사용하여 부울 연산을 반복적으로 수행해 CAD 시스템에 프레임 구조를 생성합니다. 결과물은 경계 표현(B-Rep)으로 이루어져 있으며, 이는 트림된 비일정 유리 B-스플라인(NURBS) 곡선 및 표면으로 구성됩니다.💡 논문 핵심 해설 (Deep Analysis)
This paper introduces a novel method for automatically generating CAD models from topology-optimized finite element models. Traditionally, transforming mesh-based FE descriptions into CAD models is a laborious and time-consuming process often done manually or semi-automatically. The proposed algorithm aims to streamline this by converting optimized structures directly into parametric CAD models.The core of the solution involves first transforming the topology-optimized structure into a spatial frame structure using digital topological algorithms, then regenerating it in a CAD system through CSG operations. This includes generating a volume chain model and processing weighted graphs to derive an optimal spatial frame structure. The algorithm also optimizes the cross-sections and layouts of frame components to maintain structural integrity throughout the conversion process.
The paper demonstrates successful application of this method across various examples, including cantilevers, pipe brackets, and frame-supported plates, showing significant improvements in automation and efficiency. This approach not only saves time and cost in product design but also enables more complex and accurate modeling in engineering applications.