Interactief parametrisch ontwerpen

14 maart 2019

Tips & Tricks SCIA Engineer

Parametrisch ontwerpen met SCIA Engineer is een eenvoudig proces met een intuïtieve werkwijze. In meer dan negentig procent van de gevallen gebruikt de ontwerper SCIA Engineer op een interactieve manier. Met andere woorden, hij voert de gegevens in of wijzigt de data en eigenschappen met de muis en het toetsenbord, terwijl hij consequente stappen volgt in zijn werkproces.

Door Gino Vanstraelen

Een voorbeeld van optimalisatie: een boogbrug waarvoor het gewicht van de brug minimaal is.

Bij het ontwerpen in SCIA Engineer zijn er zes stappen die het werkproces vormen. De eerste stap is modelleren. Hierbij definieert de ontwerper de geometrie. Hij voert daarbij alle elementen in (kolommen, balken, wanden, platen, enzovoort) met al hun eigenschappen. Daarna vervolledigt hij de invoer door randvoorwaarden en hun eigenschappen toe te voegen. De tweede stap in het werkproces is belasting. Het is mogelijk om lasten in te voeren, maar de ontwerper kan ook gebruikmaken van een van de vele belastingsgeneratoren. Hij definieert daarnaast ook belastingsgevallen en genereert of voert de belastingcombinaties in. De derde stap van het werkproces is analyseren: met deze stap start de berekening in SCIA Engineer. Nadat de berekening is afgerond, is het tijd voor de vierde stap: resultaten van de eindige-elementenanalyse (EEM-resultaten). Hierbij visualiseert de ontwerper de berekende resultaten zowel numeriek als grafisch.

De zes stappen van het ontwerpproces: modelleren, belasting, analyse, EEM-resultaten, ontwerp & controle en rapportage. 

Stap vijf bij het parametrisch ontwerpen is de stap Ontwerp & Controles. SCIA Engineer maakt het mogelijk om meerdere materialen te ontwerpen en te controleren. Hierdoor kan de ontwerper het gebruik van materialen in zijn analysemodel verifiëren en optimaliseren. Naast deze ingebouwde controles biedt SCIA Engineer ook de mogelijkheid om gebruikergedefinieerde controles uit te voeren die gemaakt zijn in Excel of Design Forms. De gebruikergedefinieerde controle leest de invoer en de resultaten, voert de gedefinieerde berekeningen uit en stuurt de definitieve resultaten terug naar SCIA Engineer. Hier worden ze op dezelfde manier gevisualiseerd als alle andere resultaten binnen 

SCIA Engineer. Voor Excel is de geometrie gelimiteerd tot knopen en 1D-elementen en de ontwerp- en controle-berekeningen worden gedefinieerd aan de hand van Excel-formules en VBA-macros.

Wanneer de ontwerper de zogenaamde Design Forms gebruikt, worden ook 2D-elementen ondersteund en worden de ontwerp- en controleberekeningen gedefinieerd in de Design Form-scripttaal.
De laatste van de zes stappen is de rapportagestap. Naast een afdrukvoorbeeld biedt de geïntegreerde rapportage-tool een rijke omgeving aan functionaliteiten. Hiermee genereert de ontwerper tabellen en afbeeldingen met invoergegevens en resultaten.

Manipuleren
Parametrisch ontwerpen is een proces gebaseerd op algoritmisch denken. In een normaal werkproces kunnen we aannemen dat de eindresultaten (EEM-resultaten en ontwerp & controle-resultaten) afhangen van de invoergegevens (modelleren en belasten). Het uitdrukken van deze invoergegevens door een set van parameters en regels die gewijzigd kunnen worden, maakt het mogelijk het eindresultaat te manipuleren zodat additionele gebruikerscriteria vervuld zijn.
Een simpel voorbeeld: neem een vorm van een boogbrug waarvoor het gewicht van de brug minimaal is. In dit geval is het additionele gebruikerscriterium het minimale gewicht. De parameters die veranderd kunnen worden, zijn de geometrie, de dimensies en de dikte van de doorsneden. Het is logisch dat ook aan de criteria voor de weerstand voldaan moet zijn. Met andere woorden, dat de Von Mises-spanningen onder een bepaalde limietwaarde moeten liggen. We hebben dus de mogelijkheid om elke van de hiervoor vermelde zes stappen in ons werkproces te automatiseren of te ‘scripten’. We hebben een script (algoritme) nodig dat de invoergegevens (positie knopen, doorsneden) kan invoeren. Hiernaast moeten we ook de analyse uitvoeren om de Von Mises-spanningen te lezen. Gebaseerd op de spanningen, worden de invoergegevens veranderd door het script. De analyse wordt ook opnieuw uitgevoerd en de nieuwe Von Mises-spanningen worden teruggezonden. Deze stappen worden herhaald totdat het gewicht van de boogbrug voldoet aan de criteria.

Het gebruik van de scripttool om de zes stappen van het ontwerpproces uit te voeren. 

Scripttool
Samen met de installatie van SCIA Engineer wordt er een scripttool geïnstalleerd (esa_xml.exe) die opgeroepen kan worden vanuit iedere programeeromgeving (.NET, Java, Pascal…) of scriptomgeving (VBA, Grasshopper for Rhino, JavaScript, Python, PowerShell, Haskell…). De scripttool voert SCIA Engineer uit in de achtergrond (zonder grafische interface) en voert de nodige taken uit in SCIA Engineer.
De scripttool voorziet een ‘gescript’ equivalent voor ieder van de zes stappen van het werkproces:
Modelleren: knopen, 1D- en 2D-elementen en randvoorwaarden kunnen gedefinieerd worden in een tekstbestand. Dit tekstbestand wordt geïmporteerd in een SCIA Engineer-project door de scripttool.
Belasting: lasten, belastingsgevallen en belastingcombinaties kunnen ook gedefinieerd worden in een tekstbestand. Dit tekstbestand wordt geïmporteerd in een SCIA Engineer-project door de scripttool.

Analyseren: de scripttool start de analyse.
EEM-Resultaten: na de berekening gebruikt de scripttool een document-sjabloon om de resultaten te exporteren naar een tekstbestand, een html- of xml-bestand.
Ontwerp & Controle: de resultaten van de ingebouwde controles alsook die van de gebruikergedefinieerde controles kunnen ook geëxporteerd worden door de scripttool via een document-sjabloon naar een tekst-, html- of xml-bestand.
Rapportage: de scripttool kan ieder bestaand rapport verversen en exporteren naar een tekst-, html- of xml-bestand.

Conclusie
Veel eindgebruikers maken gebruik van de mogelijkheid om parametrisch te ontwerpen met SCIA Engineer, omdat het een relatief eenvoudige manier van werken is. De ontwerper schrijft en leest enkel tekstbestanden, die hij uitvoert vanuit uw programmeer- of script-omgeving. Deze techniek is te gebruiken om complexe structuren te optimaliseren, zoals voetbalstadions, achtbanen, opslagruimtes en kranen.

Gino Vanstraelen is customer services expert bij SCIA.
Meer info over SCIA Engineer is te vinden op: 

Website SCIA

Comments are closed.