برای طراحی سازه‌های سبک و مقاوم با استفاده از نرم‌افزار OptiStruct، ابتدا باید اصول اولیه طراحی بهینه سازه‌ها را در نظر گرفت و سپس از ابزارها و قابلیت‌های بهینه‌سازی که این نرم‌افزار ارائه می‌دهد، بهره برد. OptiStruct یکی از نرم‌افزارهای پیشرفته برای تحلیل و بهینه‌سازی سازه‌ها است که قابلیت‌های زیادی برای طراحی سازه‌های سبک و مقاوم در اختیار شما قرار می‌دهد. در ادامه مراحل طراحی و بهینه‌سازی سازه‌های سبک و مقاوم با OptiStruct آورده شده است:
ابتدا باید مدل هندسی سازه را در نرم‌افزار HyperMesh یا نرم‌افزارهای مشابه وارد کنید. این مدل می‌تواند شامل قاب‌ها، اتصالات، ورق‌ها و سایر اجزای سازه‌ای باشد.
پس از وارد کردن هندسه، باید شرایط مرزی (مانند بارهای اعمالی، قیود و محدودیت‌ها) را تعریف کنید تا بتوانید رفتار سازه را تحت شرایط مختلف شبیه‌سازی کنید.
یکی از مهم‌ترین بخش‌ها در طراحی سازه‌های سبک و مقاوم، انتخاب مواد مناسب است. مواد باید دارای ویژگی‌هایی مانند مقاومت بالا، مدول الاستیسیته مناسب و چگالی کم باشند.
در OptiStruct، مواد و خواص آن‌ها باید به دقت تعریف شوند. این اطلاعات می‌تواند شامل مقاومت کششی، مدول یانگ، ضریب پواسون، چگالی و غیره باشد.
OptiStruct از انواع مواد مختلف (فلزات، کامپوزیت‌ها، پلیمرها و غیره) پشتیبانی می‌کند که می‌توانید با توجه به نیاز پروژه، ماده مناسب را انتخاب کنید.
بهینه‌سازی توزیع مواد یا Topology Optimization یکی از مهم‌ترین ابزارهای OptiStruct برای طراحی سازه‌های سبک است. این روش به شما اجازه می‌دهد تا با توجه به بارگذاری و شرایط مرزی، بهترین توزیع مواد را برای سازه پیدا کنید.
OptiStruct با استفاده از الگوریتم‌های بهینه‌سازی پیشرفته، نقاط غیر ضروری هندسه را شناسایی کرده و مواد را از آن نواحی حذف می‌کند تا سازه‌ای با حداقل وزن و حداکثر مقاومت به‌دست آید.
این روش به‌ویژه برای سازه‌های پیچیده و با هندسه‌های غیرمنظم مفید است.
پس از انجام Topology Optimization، می‌توانید به بهینه‌سازی ابعادی (Sizing Optimization) بپردازید که در آن ابعاد اجزای سازه (مثل ضخامت، عرض و ارتفاع قطعات) بهینه می‌شود.
این نوع بهینه‌سازی به شما کمک می‌کند تا سازه‌ای با حداقل وزن و حداکثر استحکام را طراحی کنید. در این روش، معمولاً برای هر بخش از سازه، یک مجموعه از ابعاد ممکن تعریف می‌شود و OptiStruct بهترین مقادیر را انتخاب می‌کند.
در این مرحله، باید اطمینان حاصل کنید که تمامی شرایط فنی مانند مقاومت، تغییرشکل و استحکام برآورده شده است.
Shape Optimization در OptiStruct برای بهینه‌سازی شکل و هندسه اجزای سازه‌ها استفاده می‌شود. در این روش، OptiStruct به شما کمک می‌کند تا شکل و هندسه اجزای سازه را تغییر دهید تا مقاومت به بارها به حداکثر برسد و وزن به حداقل برسد.
این روش به‌ویژه برای سازه‌های با هندسه پیچیده و شکل‌های غیرخطی مفید است. به عنوان مثال، در طراحی قطعات خودرو، هواپیما یا سازه‌های خاص، Shape Optimization می‌تواند نتایج مطلوبی ارائه دهد.
OptiStruct می‌تواند بهینه‌سازی‌هایی برای مقاومت در برابر شکست و تنش‌های متمرکز انجام دهد. با استفاده از تحلیل‌های استاتیکی و دینامیکی، نرم‌افزار می‌تواند نقاط ضعیف سازه را شناسایی کند و مواد را در نواحی بحرانی تقویت کند.
این بهینه‌سازی‌ها کمک می‌کنند تا سازه‌ها مقاوم‌تر شوند، در حالی که همچنان سبک باقی بمانند.
یکی از قابلیت‌های مهم OptiStruct، انجام تحلیل‌های دینامیکی مانند تحلیل ارتعاشات، تحلیل زلزله و تحلیل‌های بارگذاری متغیر با زمان است. این تحلیل‌ها به شما کمک می‌کنند تا رفتار سازه در برابر بارهای دینامیکی را ارزیابی کنید.
استفاده از Dynamic Analysis می‌تواند در طراحی سازه‌هایی که در معرض نیروهای متغیر مانند نیروهای باد، زلزله‌ها یا تکان‌های ماشین‌آلات صنعتی قرار دارند، ضروری باشد.
پس از طراحی اولیه و بهینه‌سازی سازه، باید از نظر تحلیل خستگی (Fatigue Analysis) و عمر مفید سازه اطمینان حاصل کنید.
OptiStruct این امکان را فراهم می‌آورد که تحلیل‌هایی برای چرخه‌های بارگذاری مختلف انجام دهید و پیش‌بینی کنید که سازه در طول زمان و تحت تاثیر بارهای متناوب چگونه رفتار خواهد کرد.
این تحلیل‌ها برای اطمینان از طول عمر و پایداری سازه ضروری هستند.
پس از انجام بهینه‌سازی، باید نتایج را بررسی کرده و از صحت آن‌ها مطمئن شوید. در این مرحله، باید بررسی کنید که آیا طراحی بهینه باعث کاهش وزن شده است، در حالی که مقاومت و استحکام سازه حفظ شده است.
نرم‌افزار OptiStruct امکانات مختلفی برای تجزیه و تحلیل نتایج بهینه‌سازی مانند نمودارهای تنش، تغییرشکل، و نتایج وزنی ارائه می‌دهد.
پس از انجام تمامی مراحل بهینه‌سازی، ممکن است لازم باشد مدل نهایی را در شرایط واقعی آزمایش کنید تا از عملکرد صحیح آن اطمینان حاصل شود. این کار می‌تواند شامل شبیه‌سازی‌های اضافی یا حتی تست‌های فیزیکی باشد.
استفاده از OptiStruct برای طراحی سازه‌های سبک و مقاوم یک فرآیند چندمرحله‌ای است که نیاز به تحلیل دقیق، بهینه‌سازی و بررسی‌های مکرر دارد. با بهره‌گیری از ابزارهای مختلف مانند Topology Optimization، Sizing Optimization و Shape Optimization، می‌توان سازه‌هایی با کمترین وزن و حداکثر استحکام طراحی کرد که در عین حال هزینه‌ها و مصرف مواد را کاهش دهند. این روش‌ها به‌ویژه در صنایع خودروسازی، هوافضا، ساختمانی و مهندسی مواد کاربرد دارند.
