Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Les méthodes d’optimisation topologique sont de nos jours très populaires et intégrées dans plusieurs logiciels de conception. Elles munissent le concepteur d’un outil de choix pour l’obtention des formes optimisées en phase de conception. Cependant, l’une des principales limites de ces méthodes est l’interprétation du résultat de l’optimisation en un modèle facilement exploitable dans la suite du processus de conception. En effet, seulement un nombre limité d’approches ont été développées en vue de transformer un modèle optimisé en un modèle de CAO (Conception Assistée par Ordinateur). Bien qu’elles soient probantes à bien des égards, elles sont pour la plupart encore limitées aux modèles en 2D et sont semi ou non automatiques, ce qui fait que le concepteur est beaucoup mis à contribution durant l’interprétation du modèle optimisé. Dans cette recherche, une méthodologie d’interprétation d’un résultat d’optimisation topologique est proposée. La méthode d’optimisation utilisée est la méthode SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) qui donne comme résultat une répartition optimale de la matière dans le modèle. En considérant un résultat de la méthode SIMP qui s’oriente vers des structures composées de poutres, l’approche proposée compte deux étapes importantes que sont l’amélioration de la qualité du résultat de l’optimisation et la conversion en modèle CAO du modèle optimisé adapté qui en découle. Le produit est donc un modèle CAO plus facile à exploiter et à fabriquer. Ce dernier est finalement validé par une analyse multidimensionnelle par éléments finis. En plus d’être automatique, l’approche développée retourne des modèles CAO qui représentent bien la forme telle qu’optimisée.

Nowadays, topology optimization methods are very popular and integrated into several computer-aided design (CAD) software. They provide the designer with a tool allowing to obtain optimized shapes in the design phase. However, one of the main limitations of these methods is the interpretation of optimization results into CAD models that can be easily used in subsequent design phases. Indeed, only a limited number of approaches have been developed in order to interpret raw optimization results into CAD models. Even if good results can be obtained with some of these methods, it is still limited to 2D models and these methods are semi- or non-automatic. Consequently, the interpretation process requires the designer’s intervention. In this work, a methodology for automatically interpreting three-dimensional topology optimization result into CAD models is proposed. The optimization method used is the SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) method, which results in an optimized distribution of material inside a given volume. Considering results of the SIMP method that tend towards beam-like structures, the proposed approach involves two main stages, which are quality improvement of the optimized result and conversion of the improved optimized shape into a CAD model of beam structure. Therefore, the outcome of this approach is a CAD model that is easier to use and to manufacture. The converted model is finally validated through a multidimensional finite element analysis (FEA). More than being fully automatic, the proposed method also produces CAD models that are good approximations of optimized shapes generated by the SIMP method.