Simulationsbasiertes Design eines Quadcopters mit Ansys Discovery
Die additive Fertigung hat das Potenzial für Designfreiheiten und Leistungsmerkmale eröffnet, die mit herkömmlichen Fertigungstechniken nicht möglich sind. Bisher gab es nur begrenzte Software-Ressourcen, um das Design-Potenzial voll auszuschöpfen.
Im vorliegenden Fall wird mithilfe von Ansys Discovery ein optimierter Quadcopter-Flugkörper entworfen. Das Optimierungsziel ist auf die Maximierung der Steifigkeit festgelegt, während die maximale Masse des Designbereichs auf 90g begrenzt wird (Diese Vorgaben basieren auf der Generate Quadcopter Challenge). Das Material ist mit ABS vorgegeben.
Vorweg: Die Topologieoptimierung mit einer Massenreduktion von 90% folgt aufbauend auf die Ergebnisse der statischen Berechnung und ist nach 37 Iterationen innerhalb von 5 Minuten erfolgreich abgeschlossen. Die optimierte Struktur wiegt am Ende der Geometrieaufbereitung nur noch 10.8g, unterschreitet die maximale Masse also deutlich und weist dabei eine maximale Auslenkung von 0.018 mm auf. Die maximale Vergleichsspannung beträgt schlussendlich nur 0.6 MPa und somit nur ca. 2% der erlaubten Streckgrenze des Materials.
Der Aufbau: Im ersten Schritt wurde der Designbereich mithilfe der vorliegenden Positionen der Bauteile (Motoren, Elektronik, etc.) entwickelt und hat ein finales Gesamtgewicht von 110g. Im nächsten Schritt wurden in einer statisch-mechanischen Simulation die Randbedingungen für den Flugfall festgelegt (Schub, Erdbeschleunigungskräfte, etc.). Das Gesamtgewicht der Anbauteile beträgt 390g, bei einem Schub von insgesamt 480g. Die maximale Auslenkung bei den Simulationsergebnissen zeigt einen Maximalwert von 0.009 mm auf, bei einer maximalen Vergleichsspannung von 0.321 MPa.
