Новый бенчмарк для сравнения методов легковесного дизайна

Современные отрасли, от производства медицинских имплантатов до автомобилестроения и авиации, сталкиваются с задачей создания компонентов, сочетающих минимальный вес с максимальной прочностью. Ученые из Технического университета Мюнхена (TUM) представили решение этой проблемы — систему сравнения, позволяющую оценивать и сопоставлять различные методики легковесного проектирования.

Традиционно проектирование таких деталей осуществляется с помощью компьютерных технологий, однако множество существующих методик используют разные физические и математические модели, что затрудняет их прямое сравнение. К тому же, сложные вычислительные алгоритмы ограничивают разрешение моделей.

Разработанный исследователями бенчмарк, получивший название SGLDBench (Stress-Guided Lightweight 3D Designs), устраняет эти ограничения. Он позволяет применять шесть стандартных стратегий — от классической топологической оптимизации до пористых структур и решетчатых каркасов — к любым компонентам с заданными граничными условиями. Сравнение осуществляется посредством 3D-моделирования.

SGLDBench учитывает такие параметры, как соотношение жесткости к весу, распределение напряжений и деформации, а также взаимодействие компонента с окружающей средой. Это дает возможность пользователям создавать дизайны с различным разрешением и степенью использования материала, одновременно оценивая их механические и геометрические характеристики.

Новый бенчмарк находит применение во многих сферах. Например, он позволяет тестировать различные варианты дизайна бедренных имплантатов с последующим индивидуальным изготовлением. В автомобильной и аэрокосмической промышленности SGLDBench поможет создавать еще более легкие детали, что приведет к повышению энергоэффективности. При этом конструкции должны соответствовать строгим стандартам безопасности, выдерживая вибрации и удары.

«С помощью SGLDBench мы создали прозрачный инструмент для оценки легковесных конструкций, — отмечает профессор Рюдигер Вестерманн из TUM. — Это поможет не только исследователям в классификации методов, но и компаниям — принимать обоснованные решения при разработке продуктов. На сегодняшний день SGLDBench способен выполнять симуляции с более чем 100 миллионами элементов на доступном настольном компьютере, причем значительно быстрее коммерческих аналогов».

Для достижения таких результатов исследователи применили новые подходы, особенно в части эффективного решения крупномасштабных систем уравнений для моделирования напряжений, оптимизировав их для стандартных компьютерных архитектур.