Das Programm AMendate ermöglicht den Modellaufbau einer Optimierung, das Starten dieser Optimierung auf lokaler Ebene sowie über eine Schnittstelle mit einem Server und die Visualisierung der Ergebnisse.

Starting the program:

Beim Starten des Programms erscheint zunächst das Menü der Projekte. Unter "Lokales Arbeitsverzeichnis" ist zu erkennen, an welchem Ort die Projekte gespeichert werden. Der Speicherort kann beliebig gewählt werden, es ist jedoch zu beachten, dass kein Leerzeichen in dem Pfad vorhanden sein darf. In dem Reiter "Projekte" kann ein bereits bestehendes Projekt umbenannt und geöffnet oder ein neues Projekt angelegt werden. Außerdem können im Reiter "Beispielprojekte" bereits vorbereitete Beispieloptimierungen geöffnet und als Vorlage oder Tutorial genutzt werden.

Auf das Menü gelangt man zu jederzeit über das Feld "Menü". Neben diesem ist der Name des derzeit aktiven Projekts dargestellt.

Settings:

Über den Einstellungsbutton, öffnet sich ein Menü in dem verschiedenen Visualisierungs- sowie allgemeine Einstellungen getätigt werden können. Alle Einstellungen werden gespeichert und beim erneuten Öffnen des Programms beibehalten.

Im Reiter Visualisierung sind viele Einstellungen bezüglich des Bildbereichs ausführbar. Es kann sowohl die grafische Darstellung der Objekte, als auch die Darstellung der Randbedingungen und Ergebnisdarstellung verändert werden.

Im Reiter "Allgemein" ist die Sprache, das verwendete Einheitensystem und die Festlegung eines von anfang an aktivierten Standardlastfalls einstellbar.

Visualization Area:

Im Visualisierungsbereich werden alle eingeladenen Objekte, sowie die Kräfte, Momente und Lager zusammen mit dem Koordinatensystem angezeigt. Im Ergebnisbereich werden hier die Berechnungsergebnisse angezeigt. Das Koordinatensystem kann in den Einstellungen verkleiner/vergrößert und deaktiviert werden. Hier ist ebenfalls die Anpassung des Hintergrundmusters, der Hintergrundfarbe, der Helligkeit, der Schattierung und die Stärke der Kantenglättung der Objekte möglich. Außerdem können die Farben der Objekte und Randbedingungen entsprechend der eigenen Vorstellungen angepasst werden. Es kann sowohl eine orthografische als auch eine perspektivische Ansicht gewählt werden. Dabei können weitergehend verschiedene Ansichten entsprechend der Koordinatenachsen gewählt werden.

Screenshots können von jeder Ansicht erstellt werden und werden automatisch in dem Projektordner gespeichert. Dabei wird nur der Visualisierungsbereich  mit dem Koordinatensystem berücksichtigt, wenn dieses aktiviert ist.

Die Funktion "Explosion" zieht die einzelnen Objekte auseinander, um eine bessere Ansicht der einzelnen Objekte zu gewährleisten. Dadurch können Randbedingungen besser erstellt werden.

Model generation and visualization of an optimization:

Das Programm ist maßgeblich in die drei Bereiche Konfiguration, Optimierung und Ergebnisse aufgeteilt. Im Reiter Konfiguration werden alle Einstellungen bezüglich der Lastfälle, Lasten, Materialien und Volumenkörper getätigt. Analog werden die Einstellungen der Optimierungsparameter im Reiter Optimierung eingegeben. Im letzten Reiter Ergebnisse können nach dem Starten der Berechnung der Fortschritt dieser verfolgt und die Ergebnisse eingesehen werden.

Im Visualisierungsbereich befindet sich unten Links ein Feld, in dem Meldungen an den Benutzer zurückgespielt werden. Diese Meldungen enthalten sowohl positive Nachrichten z.B. beim erfolgreichen Einladen einer neuen Datei als auch Fehlermeldungen, die den Nutzer auf einen Sachverhalt aufmerksam machen sollen.

Configuration: Generation of the calculation model

Der Bereich Konfiguration enthält übergeordnet den Bereich Lastfälle.

In diesem können Lastfälle hinzugefügt und/oder entfernt werden. Jedem Lastfall wird ein Name zugeordnet werden, z.B. Bremsen oder Beschleunigen. Der erste Lastfall ist automatisch aktiviert und es können entweder direkt zu beginn alle benötigten Lastfälle erstellen oder nach und nach.

Der Bereich Konfiguration unterteilt sich ebenfalls in drei Bereiche: Objekte/Fläche, Randbedingungen und Lastfälle.

Zunächst werden alle für die Optimierung benötigten STL-Dateien in das Programm eingeladen. Dies kann im Reiter Objekte/Flächen entweder über die "Plus" -Button oder per Drag-and-Drop erfolgen. Jedes Objekt kann ersetzt oder einzeln entfernt werden. Beim Entfernen der Datei, wird die Datei bei der Optimierung nicht berücksichtigt, sie wird allerdings nicht aus dem Projektordner gelöscht, sodass sie theoretisch noch zu Verfügung steht. Eine STL-Datei wird durch anklicken aktiviert und es kann der Name veränder und das Material ausgewählt werden. Über das Zahnrad neben dem Materialfeld sind die spzifischen Materialkennwerte einzugeben. Für genau ein Volumen muss die Zuordnung als Gestaltungsbereich definiert werden. Mehrere Designbereiche innerhalb eines Modells sind jedoch nicht möglich, wenngleich das Volumen beliebig komplex geformt sein darf.

Im Bereich Randbedingungen werden die für die Optimierung benötigten Randbedingungen erstellt. Über den "Plus" Button wird eine neue Randbedingung hinzugefügt. Zunächst wird ein Name eingegeben und der betroffene Space ausgewählt. Anschließend wird der Lastfall ausgewählt in dem sich die Randbedingung auswirkt. Die Auswahl von mehreren Lastfällen ist möglich. Die Randbedingung kann entweder eine Kraft, ein Lager oder ein Moment sein. Lagerungen, Kräfte und Momente werden immer in Komponentenschreibweise in den Hauptkoordinatenrichtungen angegeben. Wenngleich die Einheiten innerhalb eines Modells konsitent sein müssen, ist die Wahl des Einheitensystems dem Benutzer überlassen (siehe Einstellungen). Vorgesehen ist das metrische System mit den Einheiten Kilogramm, Millimeter und Newton (kg, mm, N). STL-Dateien werden häufig in mm abgespeichert und Kräfte in N angegeben. Dementsprechend ist die Einheit des passenden Moments Nmm.

Für die verschiedenen Randbedingungen ergeben sich verschiedenen Herangehensweisen für den Aufbau und die Ausgestaltung des Optimierungsmodells. Im Folgenden werden verschiedenen Möglichkeiten für die Erzeugung unterschiedlicher Randbedingungen vorgestellt und auf Besonderheiten der Software hingewiesen. Eine angebene Kraft bezieht sich immer auf das gesamte Objekt. Zur Unterstützung des Eingabeprozesses kann nach Aktivierung der Checkbox "Kraft" oder "Moment" direkt eine Fläche des Volumens angeklickt und somit eine Richtung definiert werden. Durch Ziehen des Mauszeigers kann im Anschluss direkt eine ungefähre Lastgröße definiert werden. Dies kann insbesondere für runde Flächen, Hohlzylinder von Anschraubpunkten oder Lagersitzen von Vorteil sein. Die exakten Werte der Raumrichtungen können im Anschluss über die Eingabefelder korrigiert und angepasst werden.

Loads

Für eine Flächenlast muss ein eigener Nondesignspace im CAD-System für die Wirkfläche erzeugt werden.

Soll nur eine einzelne Kraft auf einen bestimmten Punkt wirken, muss hierfür wiederum ein eigenes Volumen erzeugt werden. 

Fixtures

Derzeit können Verschiebungen in x-, y- und z-Richtung gesperrt werden. Für eine Optimierung muss mindestens jede Richtung einmal in einer Randbedingung aktiviert sein. Anders ist dies bei der Aktivierung der Symmetriebdingung siehe unten.

Die Aktivierung aller Verschiebungsrestriktionen entspricht einem Festlager.

Ein Loslager kann durch die Auswahl von nur einer oder zwei Verschiebungsrestriktion/en erzeugt werden.

Einspannung?

RBE2?

RBE3?

1D Element?

Moments

Momente werden ebenfalls auf Objekte gegeben und können in x-, y- und z-Richtung aktiviert werden.

Im Bereich Lastfälle sind alle Randbedingungen aufgelistet. Durch das anwählen eines Lastfalls werden alle Randbedingungen markiert, die in diesem Lastfall aktiv sind. Außerdem können Randbedingungen den Lastfäälen zugeordnet werden. Auch die Pfeile im Visualisierungsbereich passen sich der Auswahl des Lastfalls an. So kann das Otpimierungsmodell vor dem Starten auf Vollständigkeit und Auswahl der richtigen Randbedingungen in den jeweiligen Lastfällen überprüft und gegebenenfalls angepasst werden.

Das Projekt kann jederzeit unten Links gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt fortgesetzt werden.

Optimization (definition):

Im Reiter Optimierung können verschiedenen Einstellungen gemacht werden.

Es kann zwischen den drei Einstellungen "Filigran", "Normal" und "Massiv" unterschieden werden. Die Einstellungen beeinflussen die Formgebung indem sehr feine, normale und sehr massive Strukturen während der Optimierung ausgebildet werden. Ein Beispiel für die verschiedenen Einstellungen sind in dem untenstehenden Bild gegenübergestellt. Es ist zu beachten, dass ein Optimierungsergebnis mit der Einstellung "Filigran" nicht automatisch leichter ist als ein "Massives", denn durch viele feine Streben kann das Gewicht größer sein als durch eine massivere.

Bild filigree, normal massive

Weitergehend kann ausgewählt werden, ob lediglich eine Abschätzung, eine Optimierung oder eine Optimierung bis hin zum druckbaren Design stattfinden soll. Eine Abschätzung dauert in den meisten Fällen nur wenige Minuten und gibt einen Überblick über die Gewichts- und Spannungsentwicklung, die eine Optimierung unter den gegebenen Randbedingungen erreichen kann. Die Optimierung kann je nach Bedingungen bis zu einigen Stunden dauern und liefert einen ausführlichen/hoch aufgelösten Designvorschlag. Die Option Herstellen dauert zeitlich am Längsten, denn hierbei wird die Auflösung zum Ende der Otpimierung deutlich erhöht, um eine gut druckbare Oberfläche und Struktur des Bauteils zu erhalten.

Anschließend müssen  das Optimierungsziel definiert werden. Bei AMendate wird eine Zielspannung angegeben, die während der Optimierung als Leitwert dient. Hierfür kann ein Dauerfestigkeitswert des Materials verwendet werden und dieser mit einem zusätzlichen Sicherheitsfaktor versehen werden. Es werden keine Sicherheitsfaktoren per se beücksichtigt. Dies muss vom Ingenieur selber in der maximalen Spannung eingerechnet werden. Durch die Fokussierung auf die Spannung werden vor allem die Übergänge zwischen Streben und Flächen optimal und mit wenigen Spannungsüberhöhungen ausgeformt. Dadurch wird die Gefahr des Dauerbruchs reduziert und neben der optimalen Auslegung auf die Randbedingungen auch die Lebensdauer des Bauteils beücksichtigt. Dem bereits erwähnten Einheitensystem entsprechend ist die Einheit der Spannung MPa = Nmm^2.

Außerdem kann eine Achsensymmetrie für die Berechnung festgelegt werden. Dabei wird die Berechnung von symmetrischen Bauteilen um den Koordinatenursprung durchgeführt. Empfohlen wird ein Modellaufbau mit vollständiger Geometrie. Für die Berechnung wird jeweils der positive Bereich der Raumachsen verwendet, das Ergebnis dann in den negativen Bereich gespiegelt. Hierbei werden sowohl die Geometrie als auch die Randbedingungen gespigelt. Daher dürfen bei Belastungen über den Nullpunkt hinaus (Bsp.: Flächenlast einer symmetrischen Brücke) nur der Lastanteil für den positiven Koordinatenraum angegeben werden (halbierte Kraft, entsprechend der halben Fläche, Bsp: nur Kraft auf einer der Brückenseiten). Für eine korrekte Berechnung müssen ALLE Randbedingungen symmetrisch sein, dies gilt für Lagerungen, Kräfte und Momente. Insbesondere bei der Defintion von Momenten schleichen hier leicht Fehler ein.

Configuration file:

Zum Schluss können die angegebenen Informationen in der Konfigurationsdatei eingesehen werden. Hier sind ebenfalls weitere spezielle Einstellungen möglich, die vor allem für Simulationsexperten von Interesse sind.

Unter den User Setting können folgende Einstellungen getätigt werden:

...

Eine Analyse des Gestaltungsbereichs wird durchgeführt.

Weitere Einstellungen können im Bereich FEM vorgenommen werden:

...

solver=Extern

CG

...

Verbindung zu einem externen Solver von AMendate z.B. AMendateCudaSolver.

Benutzt einen integrierten konjugierten Gradienten Solver.

...

Definition des maximal verfügbaren Speichers für die Steifigkeitsmatrix. Entspricht übertragen der Auflösung des Modell und bestimmt somit die Berechnungszeit.

Bei GPU-Solving darf der GPU-RAM nicht überschritten werden. (1 GB bis 14 GB ggfs. bei CPU auch bis über 100 GB)

Folgende Ausgabedateien sind auswählbar:

...

export_stl_name_MC_Smooth_intersection

intersectionDetail =

...

Verschneidung des aktuellen Optimierungsergbnisses mit dem Designbereich auf Voxelbasis in jeder Iteration.

0...3 Einstellung der Auflösung auf dessen Basis die Verschneidung durchgeführt wird. Ein guter Wert hierbei ist 2.

Das Projekt kann zu jeder Zeit oben rechts oder unten links gespeichert werden. Die Optimierung wird im Auswahlbereich unten Rechts gestartet.

Results:

Die erste Iteration wird angezeigt, sobald ein Ergebnis vorliegt. Weitere Iterationen werden angezeigt, sobald diese berechnet sind. Über die Steuerung im Feld ERgebnisiterationen kann zwischen der verschiedenen Iterationen gewechselt werden und die Iterationen durchlaufend betrachtet werden. Der Fortschritt kann ebenfalls in dem AMendate Log verfolgt werden. Als Ergebnisdatei liegt eine STL-Datei vor, die direkt durch ein additives Verfahren gedruckt werden kann. 

Es können auch ältere Ergebnisdateien in den Projekt ausgewählt und angezeigt werden.

Model generation and visualization of an analysis:

Es können sowohl Optimierungsergebnisse als auch Originalbauteile analysiert werden. Durch die Durchführung beider Analysen lassen sich die Ergebniss vergleichen und es können Schlüsse über die Performance des Ergebnisses erstellt werden.

Für die Analyse eines Objekts wird der Modellaufbau genau wie für eine Optimierung durchgeführt. Das heißt alle benötigten Dateien werden eingeladen und die entsprechenden Randbedingungen und Lastfälle erstellt. Das zu analysierende Objekt muss im Bereich Objekte/Flächen als Gestaltungsbereich aktiviert werden.

Der Bereich Optimierung muss nicht ausgefüllt werden, allerdings muss in diesem Bereich die Konfigurationsdatei geöffnet und unter "User Settings" der Befehl "onlyFEM" hinzugefügt werden. Dadurch wird eine Analyse durchgeführt und der Prozess anschließend abgebrochen, sodass keine Optimierung durchggeführt wird. Zusätzlich kann die Auflösung unter FEM verändert werden, um genauere Ergebnisse zu erreichen. Die Auflösung einer Optimierung / Analyse wird immer entsprechend der stl mit dem größtem Volumen innerhalb des Arbeitsordners abgeschätzt. Wenn die stl-Datei des originalen Designspaces im Ordner verbleibt, richtet sich die Auflösung also nach diesem Volumen.

...

Starting the Program

The AMendate program allows to build an optimization model, to start this optimizationon a local level as well as via an interface with a server and to visualize the results.

When the program is started, the projects menu appears first. In the "Local working directory" the storage location of the projects can be seen. The location can be chosen arbitrarily. In the "Projects" tab, an existing project can be renamed and opened, or a new project can be created. In addition, in the "Example Projects" tab, already prepared example optimizations can be opened and used as a template or tutorial.

The menu can be accessed at any time via the "Menu" filed. Next to this the name of the currently active project is located.

Settings

The settings button opens a menu in which various visualization and general settings can be made. All settings are saved and retained when the program is reopened. (For professionals: in the file XXXXX further settings can be made on text basis.)

The tab "Visualization" offers settings around the image area. Both the graphical representation of the objects and the representation of the boundary conditions and results can be changed.

The tab "General" contains the language of the interface, the used unit system and the definition of a standard load case activated from the beginning.

Optimization

For the optimization with MSC Apex Generative Design 2019 an optimization model needs to be setup in the program. The steps are explained in the subpages as well as in the Tutorials. This setup consists of the geometry data in form of the stl files and the configuration file .amendate which contains all the information the algorithm needs to consider the setup of the optimization. In your peoject folder the setup looks like this:

Image Added

Once an optimization is started, the program automatically creates a new folder to save all the optimization results.

Image Added

In every iteration geometry files as well as information in log files depending on the selection are saved in this folder. More information about the different result files and export commands can be found here.

Visualization Space

All loaded objects as well as forces, moments and fixations are displayed in the visualization area during the model generation. In the results area, the view changes to display the calcualtion results.

Using the buttons in the lower right area, you can select both an orthographic and a perspective view, as well as different views according to the coordinate axes. In addition, screenshots of each view can be created and automatically saved in the designated folder. Only the visualization area and the coordinate system are considered. The program interface itself is not saved.

The "Explosion" function pulls the individual objects apart to ensure a better view of the individual objects. Sometimes boundary conditions in this representation can be better applied to individual sub-objects.

In the visualization area there is a field in the bottom left corner in which messages are played back to the user. These messages contain both positive messages, e.g. when successfully loading a new file, and error messages, which are intended to draw the user's attention to a particular situation. This field can also be expanded upwards to display older messages.

The display of the coordinate system can be reduced/enlarged or deactivated via the settings menu. In addition, the background pattern and color, brightness, shading and edge smoothing strength can be adjusted. In addition, the colors of the objects and boundary conditions can be adjusted according to your own ideas

Model Generation and Visualization of an Optimization

The program is mainly divided into the three areas "Configuration", "Optimization" and "Results". The "Configuration" tab contains all settings for load cases, loads, materials and solids. Analogue the settings for the optimization parameters are entered in the Optimization tab. In the last tab "Results" the progress can be followed and the results can be viewed after starting the calculation.

The project can be saved at any time at the bottom left and continued at a later time.

Configuration: Definition of the Optimization Model

The Configuration area contains the "Load Cases" area in which load cases are added and/or removed. A name will be assigned to each load case, e.g. braking or accelerating. Either all required load cases can be created directly at the beginning or step by step during model construction.

Below are three further tabs, which are described in the following: