Soporte al Usuario de COSMOS/™ -- Nota Técnica Nº 95

Análisis de Optimización y Sensibilidad en COSMOS/™

Productos: COSMOS/M y COSMOS/Works
Versión: Todas las Versiones
Categoría: Análisis y Optimización
Ultima revisión: Agosto-2001

Contenido:

La Optimización de Forma y Tamaño, así como el análisis de Sensibilidad, son capacidades presentes en COSMOS/M™ desde las versiones iniciales del programa a través de los módulos OPTSTAR + GEOSTAR

COSMOS/™ ofrece una potente funcionalidad de optimización que convierte el proceso de diseño en una tarea mucho más eficiente. En lugar de crear manualmente estudios, mallar, ejecutar los diferentes tipos de análisis y verificar resultados, el programa automatiza la búsqueda de una solución óptima. COSMOS/™ explota las capacidades de modelado paramétrico basado en características y de regeneración automática de SolidWorks para automatizar el proceso de optimización. El resultado final es que el usuario puede optimizar su diseño bajo condiciones de trabajo reales, en muy poco tiempo, y eliminando prácticamente la construcción de costosos prototipos.

El Análisis de Sensibilidad ofrece las siguientes ventajas adicionales:

Galería de Ejemplos de Optimización

Para ver en acción el módulo de Optimización, hacer click en las imágenes siguientes:

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El Proceso de Optimización del Diseño

Antes de comenzar a hablar sobre Optimización y Sensibilidad, es importante distinguir entre análisis y diseño. Análisis es el proceso que permite determinar la respuesta de un sistema específico a un entorno definido por cargas y restricciones. Diseño, por otra parte, es el proceso de definición del sistema. El análisis -por tanto- es un importante aspecto del proceso de diseño. El análisis determina si la pieza o conjunto de piezas cumplen con el factor de seguridad mínimo bajo unas condiciones de servicio determinadas. Además de los requisitos de seguridad, muchas veces existen otros factores que afectan a la forma final del diseño.

En general, el diseño en Ingeniería es un proceso iterativo. El diseño se modifica continuamente hasta cumplir un criterio aceptable de calidad definido por el factor de seguridad, coste, conveniencia y la estética. El proceso de Optimización del Diseño se resume en la siguiente figura:

Fig. 1: Proceso de Optimización del Diseño

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Terminología y Elementos de Optimización del Diseño

La terminología frecuentemente usada en Estudios y Análisis de Optimización del Diseño es la siguiente:

q Variables de Diseño

La Variables de Diseño son las dimensiones (parámetros) del modelo que el usuario desea optimizar. Cualquier dimensión o parámetro puede ser definido como una variable de diseño. Para cada variable de diseño hay que especificar un valor mínimo y máximo, así como la tolerancia. Al especificar los límites de las variables hay que asegurarse que el modelo puede regenerarse sin problemas en todas sus combinaciones.

Fig.2: Definición de las Variables de Diseño
en COSMOS/Works 5.0

q Función Objetivo

La función objetivo es un valor único que el usuario busca minimizar o maximizar. La función objetivo debe ser una función contínua de las variables de diseño. El peso (o volumen) de una estructura es un ejemplo de las funciones objetivo más utilizadas. Las funciones objetivo disponibles bajo COSMOS/Works 5.0 son las siguientes:

* Nota: En modelos de una sola pieza, minimizar el volumen es igual que minimizar el peso ya que una pieza está hecha de un sólo material. En "Assemblies" (conjuntos), minimizar volumen y peso es distinto si las piezas que forman el conjunto están hechas de materiales con diferentes densidades.

Fig.3: Definición de la Función Objetivo
en COSMOS/Works 5.0

Adicionalmente en COSMOS/M GEOSTAR se pueden seleccionar las siguientes Funciones Objetivo:

q Restricciones de Comportamiento

Las Restricciones establecen las condiciones que el diseño óptimo debe cumplir para que sea un diseño viable. Las restricciones de comportamiento típicamente son valores de respuesta función de las variables de diseño (la tensión von Mises es un ejemplo típico en problemas estructurales). Cada restricción se define en base a los resultados obtenidos mediante un estudio inicial, con un límite inferior, uno superior y una tolerancia.

Las restricciones pueden ser:

Fig.4: Definición de las Restricciones de Comportamiento
en COSMOS/Works 5.0

Adicionalmente en COSMOS/M GEOSTAR se pueden seleccionar las siguientes Restricciones de Comportamiento:

q Diseño Viable (Feasible Design)

Un diseño Viable es un diseño que satisface todas las Restricciones y sus Variables de Diseño se encuentran dentro de los límites establecidos. Un Diseño Viable puede ser o no el Diseño Optimo.

q Diseño Optimo

Un Diseño Optimo es un Diseño Viable que mejor satisface la Función Objetivo.

q Estudios de Sensibilidad

Un estudio de Sensibilidad permite conocer la variación de una respuesta al cambiar una variable de diseño. Así, podremos conocer mediante gráficas de respuesta X-Y la variación de la tensión von Mises, o los valores de Frecuencias Naturales de una estructura, o los valores de desplazamiento, etc.. al modificar el valor de las variables de diseño introducidos mediante una tabla, o indicando el valor mínimo y máximo y el nº de steps.

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