search query: @keyword substructure / total: 2
reference: 1 / 2
« previous | next »
Author:Hämäläinen, Juhani
Title:Substructure topology optimization of an electric machine
Sähkökoneen osarakenteen topologian optimointi
Publication type:Master's thesis
Publication year:2013
Pages:viii + 68 s. + liitt. 33      Language:   eng
Department/School:Sovelletun mekaniikan laitos
Main subject:Lujuusoppi   (Kul-49)
Supervisor:Tuhkuri, Jukka
Instructor:Kokkonen, Petteri
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto  4339   | Archive
Keywords:topology optimization
SIMP
penalization
substructure
forced displacements
Abstract (eng): In the thesis a structural optimization method called topology optimization is applied to redesign a substructure of an electric machine.
The objective is to increase the stiffness of this structure with a prescribed volume constraint.
Topology optimization is performed with commercial software OptiStruct.
The software utilizes the so called SIMP method.

The initial substructure of the electric machine is welded from steel plates.
The optimization result consists of base material, thus no welds are found in the optimized structure.
The influence of this to the fatigue life of the structure is briefly studied.
Topology optimization theory is outlined and the software is validated with three optimal benchmark cases from the literature.
The implementation of topology optimization in a product design process is discussed and examples of the procedure are provided.

According to the software validation, OptiStruct delivers optimized and near optimal topologies.
The software is recommended to be used in the thesis.
Topology optimization with linear element models revealed known features of the SIMP method, like the formation of the so called checkerboarding in the optimization solution.

In the optimization of the substructure various load cases, with prescribed static displacements, are used.
These are extracted from a separate FEA and they represent loadings of the substructure in its operating environment.
The topology optimization is initially performed in individual load cases with linear element models.
No additional constraints of the software are used in this optimization.
Defining features and differences of the resulting structures are studied.
Finally a combined optimization of multiple load cases is performed with parabolic element models with symmetry and minimum member size constraints.

The new substructure consists of topology optimization results, with modified features by the author.
The stiffness of the structure was multiplied in specific load cases, with around 8% added weight, when compared to the original substructure.
The fatigue strength of the structure was increased, as no welds are found in highly stressed regions of the structure.
The implementation of the topology optimization method was recommended in the concept phase of product development, but it can be also used in cases where the initial structure is strictly defined.
Abstract (fin): Työssä hyödynnetään rakenneoptimoinnin menetelmää, topologian optimointia, sähkökoneen osarakenteen uudelleensuunnitteluissa.
Tavoitteena on lisätä rakenteen jäykkyyttä ennalta määrätyn tilavuusrajoitteen puitteissa.
Topologian optimointi suoritetaan kaupallisella OptiStruct ohjelmistolla, joka hyödyntää nk.
SIMP-menetelmää.

Alkuperäinen sähkökoneen osarakenne on hitsattu teräslevyistä, mutta optimointitulos koostuu perusaineesta ja siksi optimoidussa rakenteessa ei ole hitsejä.
Tämän vaikutusta rakenteen väsymiskestävyyden nousuun tutkitaan lyhyesti.
Topologian optimoinnin teoria esitellään ja käytetty ohjelmisto testataan kolmella alan kirjallisuudesta saadulla optimirakenteella.
Topologian optimoinnin käyttöönottoa tuotteen suunnitteluprosessissa käsitellään ja annetaan esimerkkejä prosessista.

Ohjelman validointitulosten mukaan OptiStruct tuottaa optimoituja ja läheisoptimaalisia rakenteita ja ohjelmaa suositellaan käytettäväksi lopputyössä.
Topologian optimointi lineaaristen elementtien malleilla paljasti tunnettuja SIMP-menetelmän ominaisuuksia, kuten nk. shakkilautarakenteen muodostumisen ratkaisussa.

Osarakenteen optimoinnissa käytetään erilaisia kuormitustapauksia.
Reunaehdot annetaan ennalta määrättyinä staattisina siirtyminä, jotka saadaan erillisestä FE-analyysista.
Siirtymät edustavat alirakenteen käyttöympäristössään kokemia kuormia.
Aluksi optimointi ratkaistaan jokaisessa kuormitustapauksessa erikseen, hyödyntäen lineaaristen elementtien mallia, ilman optimoinnin lisärajoitteita.
Tulosrakenteiden piirteitä ja eroja tutkitaan ja tietoja hyödynnetään myöhemmissä analyyseissa.
Tämän jälkeen suoritetaan yhdistetty, monen kuormitustapauksen optimointi, parabolisten elementtien mallilla.
Tässä optimoinnissa hyödynnetään lisärajoitteina symmetriaa ja rakenneosien minimipaksuusehtoa.

Uusi osarakenne on modifioitu topologian optimointitulos.
Rakenteen staattinen jäykkyys nousi ja rakenteen paino lisääntyi n. 8 % verrattuna alkuperäiseen rakenteeseen.
Optimoidun osarakenteen väsymiskestävyys parani, koska hitsit jäivät pois kuormitetuilta alueilta.
Topologian optimointia ehdotetaan hyödynnettäväksi konseptivaiheessa, mutta menetelmä soveltuu myös tarkasti määriteltyjen rakenteiden optimointiin.
ED:2013-10-22
INSSI record number: 47383
+ add basket
« previous | next »
INSSI