Apex Generative Design
關注創建者：Hubert.Wang 創建時間：2020-05-04
Apex Generative Design的視頻教程
MSC Apex Generative Design與MSC Apex 2021版本新功能
MSC Apex Generative Design 2021新功能 1.流暢的幾何創建過程；2.API腳本；3.設計空間工具；4.對稱設計；5.加工余量；6.創造設計空間的工作流程； MSC Apex 2021的新功能 1.前處理新功能；2.共享節點-依賴綁定；3.分離單元；4.幾何清理功能增強；5.面網格劃分功能增強；6.梁單元建模；7.與MSC Nastran交互性新功能增強；8.后處理新功能
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Apex Generative Design的實例教程
MSC Apex Generative Design 的設計挑戰是使用光順的拓撲優化來計算幾種設計變量。
僅“基本滿足”的設計要求將容易受到低質量的影響。在測試期間或安裝之后，可能在下游出現的隱藏需求將會暴露這些質量的問題。 MSC Apex Generative Design 可以實現思想的自由優化和可行性設計的可能性。這是實現真正的創新設計的基本原則。通過智能的算法驅動的設計，而不是基于傳統設計的標準串行設計過程，可以實現新的智能設計。
與MSC Apex Generative Design探索匯集多個經驗的設計解決方案相比，單個派生設計解決方案顯得蒼白無力。MSC Apex Generative Design創成式設計確定是最有前途的。以省時的方式探索設計空間的能力確保了設計過程不會成為瓶頸，從而使我們的用戶可以完全根據設計的標準做出決策。只有通過一個變量的結果的設計空間進行全面檢查，并在短時間內，才能獲得最佳結果。
拓撲優化算法提供最大的設計自由度，可以實現零件的合并。通過MSC Apex Generative Design 將裝配組的不同零件連接在一起，以形成一個有機的單一設計解決方案。生成一個單一的零件代替使用一個裝配體，不僅減少了重量，而且還減少使用的零件數量，并簡化了相關裝配過程。零件的復雜性降低，從而節省更多。
操作流程簡單
相比于現存拓撲優化和創成式設計軟件，MSC Apex Generative Design無需網格劃分，只需要給定約束、設計目標，軟件結合人工智能算法，以應力為導向，自動設計出目標結構，結構超出想象，自動光順結構過渡。
操作視頻教程：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c15302?
展開 德國帕德博恩（Paderborn）大學生方程式賽車隊進行賽車軸承座部件優化、減重
我們已經展示了MSC Apex Generative Design的潛力，以下為帕德博恩大學生方程式賽車隊為他們的賽車設計的軸承座部件——該部件用于支撐車輪軸承，屬于懸架的一部分。
這是一個很典型的案例，因為軸承座一方面要需要承受非常復雜的負載工況，同時對輕量化設計具有迫切需求。由于大賽要求參賽者每年開發一款新的賽車，仔細檢查每一個零件，以提升競爭優勢，因此設計過程中需要進行大量的零件設計優化。MSC仿真工具，例如：Adams 和 MSC Nastran 被用于進行后續的部件優化。
▲ 采用MSC Apex Generative Design進行增材制造設計
開發過程首先從基于Adams的多體動力學仿真中獲取載荷開始，Adams模型模擬了整個懸架的多種工況，包括所有連接點的坐標和作用力。
這些信息被用于建立優化模型并定義其目標。
在 MSC Apex Generative Design中定義了一個盡可能大的設計空間（如上圖所示）。
在這個方程式賽車項目中，對應輪輞內的空間減去叉形臂的安裝空間以及所選的制動系統。運行MSC Apex Generative Design優化算法，設計空間內的材料在確保滿足各種邊界條件、約束以及優化目標的前提下會被盡可能的削減。
展開 面臨挑戰
MSC Apex Generative Design的以功能為導向的組件優化誕生于帕德博恩大學直接制造研究中心與工業合作伙伴的一個研究項目。為重新設計優化項目確定并選擇了一個航空航天支架。現有的設計需要一個由兩部分組成的組件，其中每個組件由實心鋁塊銑削而成，并用幾個鉚釘連接。但這種制造工藝在生產過程中會產生大量廢棄物。
解決方案
MSC Apex Generative Design使設計項目能夠將兩個部分減少為一個部分，并將最大應力減少一半。
圖1（從左到右）：傳統支架由兩部分組成，使用設計空間（綠色可見）和非設計空間（紅色可見）重新設計成一部分。
原始零件的幾何形狀被用作優化過程的起點，以定義優化引擎將使用的設計空間。圖1中所示的原始設計（深綠色和深紅色組件）被連接在一起，形成了一個單一的設計空間。支架組件需要五個連接點（如圖1中橙色所示）才能安裝到飛機上。優化設計需要滿足的一組設計標準包括設計和非設計空間、連接點、材料特性和結構載荷規范。
標準拓撲優化軟件追求質量減輕或剛度增加等優化目標，但MSC Apex Generative Design在創建最佳輕量化設計的同時使用了明確定義的最大應力目標。在優化過程中，從設計空間中刪除不重要的元素，從而在每次迭代中都能得到幾何外形和機械性能良好的幾何形狀。由于這一創新，不再需要手動將優化結果轉換成CAD幾何，從而在優化過程中節省了大量時間。
在該組件的優化過程中，生成了三個候選設計(圖2)來應對挑戰。這三個候選設計代表了MSC Apex Generative Design中可用的三種不同算法—稀疏、中等和密集—參考了三種可用的優化選項。這三種設計方案最終在重量上只相差幾克，與原始設計相比，這三種設計方案的總重量減少了63%。
展開 MSC Apex Generative Design是一款功能強大但易于使用的軟件。對于當前的案例，將初始幾何CAD模型導入到MSC Apex Generative Design中。優化結果是根據此幾何形狀進行設計的，設置必要的連接區域和設計空間，并使用PA12塑料作為材料。直觀的用戶界面及其強大的幾何功能使其可以在不到一個小時的時間內將復雜的初始幾何轉換為可直接打印的優化模型。在優化分析之前，只需要15分鐘即可完成添加邊界條件、設置優化的目標參數等準備操作。
圖 1: 從以待優化的CAD文件導入，到以待MSC Nastran驗證的CAD文件導出，整個過程都可以快速、完全的在MSC Apex Generative Design中完成。
圖 2: 隨后的更改可以使用幾何工具快速插入，然后只需幾次優化迭代就可以清晰而有意義地連接起來
結果
優化服務器只需要18分鐘即可創建輕量化設計。計算時間如此的短，給客戶更多機會去嘗試不同的參數和變量，從而選擇最合適的設計。例如，特別輕巧的結構，由于結構的復雜性而難以清洗。因此，最初選擇的是不太復雜的結構。重量僅為150克，做到了真正的輕量化-與原始（PA12）的340克相比，重量減輕了56％！
為了在特殊負載情況下提供額外的加固效果，客戶要求在中間部分插入十字形支柱。為此，工程師借助MSC Apex Generative Design中的幾何工具將它們粗略地插入到優化結構的正確位置中。優化算法對新結構進行了多次迭代處理，以創建平滑的連接和過渡。
展開 由于現有的零件設計無法實現經濟高效，高質量的增材制造，Krause DiMaTec決定使用MSC Apex Generative Design軟件進行零件幾何形狀的優化，以開發適合增材工藝的設計。這種創新的優化技術產生的仿生結構在滿足零件性能需求的同時實現了結構輕量化。通過對零件進行徹底重新設計，最終在工程要求與良好工藝性之間取得了理想平衡。
環法賽段作為優化依據
為了準備重新設計模型，將發動機及其接口、自行車連接點和原始適配器的模型導入MSC Apex Generative Design軟件中，我們推導出一個設計空間，在這個空間里，允許算法在仿真環境中進行材料布局。同時，軟件提供的工具還可以定義非設計空間，包括自行車和發動機上的固定連接點。
為了確定負載情況，需要確定由于使用踏板而作用在電機、支架和自行車連接上的力。為了確定這些力，Krause DiMaTec的工程師們使用了2014年環法自行車賽期間自行車手Andre Greipel的載荷數據，為設計提供了一個真實的高強度載荷依據。基于這些數據，通過軸的扭矩計算出踏板上作用的力和齒輪上的鏈力，并將其用于優化模型。此外，Krause DiMaTec還考慮了潛在的特殊情況，例如發生碰撞時踏板兩側的組件或負載的影響。最終確定了總共17種負載情況，確保了優化設計的魯棒性，能夠應對日常使用中的各種挑戰。
從0到55：快速減重
在第一次優化中，僅對底座的上部和自行車連接的底座進行了優化。這個設計中，電機的原始適配器板是組件的一部分；這種方法使重量減輕了13%。
為了進一步減輕重量，將適配器納入下一步的優化，從而減少了部件的組裝，可以帶來額外的輕量化。采用這種新方法，與使用316L/1.4404不銹鋼的原始設計相比，該設計的重量減輕了55%，負載下的變形減少了90%。
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由于現有的零件設計無法實現經濟高效，高質量的增材制造，Krause DiMaTec決定使用MSC Apex Generative Design軟件進行零件幾何形狀的優化，以開發適合增材工藝的設計。這種創新的優化技術產生的仿生結構在滿足零件性能需求的同時實現了結構輕量化。通過對零件進行徹底重新設計，最終在工程要求與良好工藝性之間取得了理想平衡。
MSC Apex Generative Design最大的優勢之一是創新、易于使用的界面，不需要有限元建模（FEM）專家即可完成優化設計。
圖4：該航空支架的優化設計使其重量減輕了63%
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通過MSC Apex Generative Design，即使不具備專業的仿真專業知識，也能以極短的時間投入完成傳統零件設計的優化改造，使其成功適配增材制造工藝要求。
MSC Apex Generative Design 基于 MSC Apex 平臺，以易用性為特色，不僅適用于增材制造拓撲優化，還能在鑄造工藝約束下完成設計迭代，助力企業攻克工藝與性能平衡難題。
面對產品性能需求升級，單一優化結果難以契合工程實際，MSC Apex Generative Design 與 MSC Nastran 深度協同，海克斯康推出一體化快速驗證方案。
海克斯康的MSC Apex Generative Design借助NVIDIA的CUDA框架，實現了設計、網格化和分析功能的融合。
西門子2022年發布了首個GPU版本的Simcenter STAR-CCM+，專注于車輛外部空氣動力學應用。
Altair在2022年前后也發布了全GPU版本的LBM求解器。
Aerospike發動機——世界上最復雜的零件之一，用Titan.Core僅計算了8’11’’就完成了打印數據準備，RAM僅占用了4GB
亮點.3
MSC Apex Generative Design DfAM
HEXAGON
MSC Apex Generative Design DfAM創成式設計解決方案：
MSC Apex GD創成式設計是基于直觀的CAE環境MSC
與MSC Apex Generative Design搭配使用，可謂是一套完整的、智能的3D打印設計和工藝仿真的解決方案。
02
軸承座應用案例
海克斯康與GreenTeam及RENISHAW合作大學生方程式賽車的軸承座項目。
海克斯康創成式設計軟件MSC Apex Generative Design，打破傳統拓撲優化流程，從CAD設計空間和非設計空間約束，加載實際載荷工況，以應力為向導，以輕量化為目標，自動迭代、自動光順處理，基于GPU高速求解，迭代過程中自動驗證結構應力，快速幫助用戶設計出用于3D打印的結構件，快速、高效、多樣性并具有創新地設計出質量輕、性能好的零件。
3月14日 14:00
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直播內容聚焦
?? 增材制造創成式設計方案（MSC Apex Generative Design）及案例介紹
?? 增材制造數據準備專業軟件（AM Studio）功能及案例操作演示
?? Simufact Additive增材制造工藝仿真方案介紹
- 鋪粉增材制造工藝仿真模塊介紹
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圖：海克斯康增材制造工藝方案示意
金屬增材制造工藝打印數據準備
海克斯康旗下的CADS Additive GmbH與Simufact 增材制造工藝仿真、Apex Generative Design創成式設計等軟件形成完整的增材制造方案，幫助用戶解決增材制造過程中的各個階段面臨的問題，其中CADS Additive的AM Studio提供了面向金屬增材制造工藝打印參數準備方案，可實現輔助零件定向
