Ottimizzazione strutturale parametrica e topologica
La disciplina numerica della ottimizzazione strutturale permette di individuare in modo totalmente o parzialmente automatico, a partire da un determinato volume di progetto e da condizioni al contorno date (carichi, vincoli), la soluzione progettuale che fornisce le migliori prestazioni, in relazione ad un determinato obiettivo da raggiungere e a vincoli di progettazione assegnati. Ad esempio, si può individuare la distribuzione di spessore di un componente stampato in plastica che permette di garantire il minor peso (obiettivo dell’ottimizzazione) nel rispetto di un requisito minimo di rigidezza alla flessione (vincolo).
Due particolari tipi di ottimizzazione strutturale sono l’ottimizzazione parametrica e l’ottimizzazione topologica.
Nel primo caso, vengono definite a priori dall’utente alcune grandezze (parametri) del modello di calcolo, alle quali viene tipicamente assegnato un range di validità tra un minimo e un massimo, su cui il software di ottimizzazione può agire per raggiungere l’obiettivo. Esempi classici di parametri di ottimizzazione sono lo spessore (in modelli FEM a elementi shell), il modulo elastico del materiale, feature geometriche come raggi di raccordo, raggi di foratura etc. (in modelli FEM associativi rispetto a una geometria CAD o generati in modo parametrico). Un caso particolare di ottimizzazione parametrica è l’ottimizzazione a variabili discrete, in cui la soluzione ottimale viene ricercata non per valori qualsiasi dei parametri ma solo tra valori predefiniti (ad esempio, si può ottimizzare la sequenza di laminazione di un composito scegliendo esclusivamente tra angoli di laminazione di 0°, 30°, 45°, 60°, 90°, evitando così di ottenere laminazioni difficilmente eseguibili nella pratica costruttiva).
Nel caso dell’ottimizzazione topologica, invece, l’algoritmo di ottimizzazione è in grado di determinare, o almeno “indicare” qual è la conformazione ottimale di un componente per raggiungere l’obiettivo nel rispetto dei vincoli. La principale difficoltà insita in un procedimento di ottimizzazione topologica è l’ottenimento di geometrie effettivamente realizzabili, specie se la tecnologica produttiva del componente è già stata fissata. In tal senso è possibile inserire nella logica di ottimizzazione informazioni legate agli aspetti costruttivi, come ad esempio la direzione di estrusione se si tratta di un componente estruso, di stampaggio se si ha uno stampato, lo spessore minimo di cartella se si ha un particolare fuso o, di nuovo , stampato.
Nella gran parte dei casi il successo di una attività di ottimizzazione strutturale è legato alla combinazione di due fattori: la tecnologia software a disposizione e la preparazione dell’ingegnere calcolatore nel “condizionare” in modo adeguato il problema matematico, ossia di definire opportunamente condizioni al contorno, spazio di progetto, vincoli operativi e tecnologici etc.
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Ottimizzazione topologica staffa supporto asse macchina utensile (risultato ottimizzazione, geometria costruttiva)
