Tulevaisuuden työkonepuomin globaali optimointi -esiselvitys
Tynys, Vesa (2014)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014102445618
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014102445618
Tiivistelmä
Monitavoiteoptimointia käytetään laajasti auto- ja lentokoneteollisuudessa suunnittelun apu-välineenä, mutta muuten sen käyttö ei ole vielä yleistynyt laajemmin. Tässä työssä on tarkoi-tus tehdä laaja esiselvitys monitavoiteoptimoinnista ja sen hyödyntämisestä työkonepuomien suunnittelun apuvälineenä. Työ tehtiin yhteistyössä Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja projektiin osallistuvien FIMA ry:n jäsenten kanssa. Tulosten ja johtopäätösten perusteella tutkimusta tullaan mahdollisesti jatkamaan Tampereen teknillisen yliopiston tohtorikoulussa.
Työssä selvitettiin mitä monitavoiteoptimoinnilla tarkoitetaan ja esitellään sen etenemisvai-heet. Lisäksi työssä esitellään lyhyesti kuusi monitavoiteoptimointiohjelmistoa pääominai-suuksineen sekä selvitetään ohjelmistolisenssien hintoja.
Työssä optimointiin perehdyttiin teleskooppipuomin jatkoksen case -tutkimuksen avulla. Ni-velpuomit ja nivel- ja teleskooppipuomien yhdistelmät rajattiin työn ulkopuolelle. Työssä muodostettiin teleskooppipuomin jatkoksen poikkileikkauksen optimointityökalu. Sen avulla voidaan laskea luotettavasti optimit mitat painon suhteen niin, että lommahdusrajoitteet, tai-vutusvastus sekä taipuma otetaan huomioon ja samalla voitiin arvioida optimointiprosessin etuja ja haittoja. Optimoinnin tuloksia voidaan käyttää edelleen monitavoiteoptimoinnin lähtö-arvoina.
Optimointi tehtiin Matlabin avulla ja tulokset verifioitiin AGIFAP -elementtimenetelmäohjelmistolla. Optimoituja tuloksia tutkittiin edelleen Femap -elementtimenetelmäohjelmistolla, jolla haettiin vuorovaikutussuhteita monitavoiteoptimoinnin tueksi. FE -analyysien avulla muodostettiin kaksi apuohjelmaa optimoinnin tueksi.
Työssä havaittiin, että teleskooppipuomin jatkoksen optimointi vaatii FE -analyysiohjelmiston rinnalleen, jotta voidaan varmistua rakenteen kestävyydestä ja optimoida väsymiskestävyyt-tä. Liukupalojen vaikutus teleskooppipuomin käytökseen sekä väsymiskestävyyden optimoin-ti vaatii jatkotutkimusta. Multidisciplinary optimization is widely used in the car and airplane industry as an engineer-ing tool but in the other fields of industry it hasn´t yet made a breakthrough. The purpose of this work was to make a vast study about the multi-disciplinary optimization and its usability in designing of boom of the mobile machine. This study was carried out together with Lap-peenranta University of Technology and project participates from FIMA association. Based on the results and conclusions of this thesis the study may be continued in wider form by the Doctoral School of Industry innovations (DSII) of Tampere University of Technology.
This thesis clarifies the meaning of the multidisciplinary optimization and introduces its solu-tion phases. In addition the study introduces shortly six multidisciplinary optimization soft-ware and their main features and license prices.
The optimization of one section of a telescopic boom was studied through case study optimi-zation. Knuckle and combinations of telescopic and knuckle booms have been excluded. The optimization of a boom section was carried out with an optimization tool which was pro-grammed as a part of this study. With this optimization tool one can reliably calculate optimal dimensions in relation to mass in such way that buckling, bending and deformation are taken into account. The results from this optimization process can be utilized furthermore as input values in the multi-disciplinary optimization. The case study revealed also advantages and disadvantages of the optimization process.
The optimization tool was programmed on Matlab and its results were verified with AGIFAP FE -software. The results from the optimization tool were further studied with Femap -software, which was used for examining interaction relationships of various parameters for multi-disciplinary optimizations base knowledge.
Työssä selvitettiin mitä monitavoiteoptimoinnilla tarkoitetaan ja esitellään sen etenemisvai-heet. Lisäksi työssä esitellään lyhyesti kuusi monitavoiteoptimointiohjelmistoa pääominai-suuksineen sekä selvitetään ohjelmistolisenssien hintoja.
Työssä optimointiin perehdyttiin teleskooppipuomin jatkoksen case -tutkimuksen avulla. Ni-velpuomit ja nivel- ja teleskooppipuomien yhdistelmät rajattiin työn ulkopuolelle. Työssä muodostettiin teleskooppipuomin jatkoksen poikkileikkauksen optimointityökalu. Sen avulla voidaan laskea luotettavasti optimit mitat painon suhteen niin, että lommahdusrajoitteet, tai-vutusvastus sekä taipuma otetaan huomioon ja samalla voitiin arvioida optimointiprosessin etuja ja haittoja. Optimoinnin tuloksia voidaan käyttää edelleen monitavoiteoptimoinnin lähtö-arvoina.
Optimointi tehtiin Matlabin avulla ja tulokset verifioitiin AGIFAP -elementtimenetelmäohjelmistolla. Optimoituja tuloksia tutkittiin edelleen Femap -elementtimenetelmäohjelmistolla, jolla haettiin vuorovaikutussuhteita monitavoiteoptimoinnin tueksi. FE -analyysien avulla muodostettiin kaksi apuohjelmaa optimoinnin tueksi.
Työssä havaittiin, että teleskooppipuomin jatkoksen optimointi vaatii FE -analyysiohjelmiston rinnalleen, jotta voidaan varmistua rakenteen kestävyydestä ja optimoida väsymiskestävyyt-tä. Liukupalojen vaikutus teleskooppipuomin käytökseen sekä väsymiskestävyyden optimoin-ti vaatii jatkotutkimusta.
This thesis clarifies the meaning of the multidisciplinary optimization and introduces its solu-tion phases. In addition the study introduces shortly six multidisciplinary optimization soft-ware and their main features and license prices.
The optimization of one section of a telescopic boom was studied through case study optimi-zation. Knuckle and combinations of telescopic and knuckle booms have been excluded. The optimization of a boom section was carried out with an optimization tool which was pro-grammed as a part of this study. With this optimization tool one can reliably calculate optimal dimensions in relation to mass in such way that buckling, bending and deformation are taken into account. The results from this optimization process can be utilized furthermore as input values in the multi-disciplinary optimization. The case study revealed also advantages and disadvantages of the optimization process.
The optimization tool was programmed on Matlab and its results were verified with AGIFAP FE -software. The results from the optimization tool were further studied with Femap -software, which was used for examining interaction relationships of various parameters for multi-disciplinary optimizations base knowledge.