Δυνατότητες εφαρμογής τοπολογικής βελτιστοποίησης σε μηχανολογικά εξαρτήματαΔυνατότητες εφαρμογής τοπολογικής βελτιστοποίησης σε μηχανολογικά εξαρτήματαPotential applications of topology optimization in mechanical components Μεταπτυχιακή Διατριβή Master Thesis 2025-08-182025elΗ παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στην αξιοποίηση της μεθόδου τοπολογικής βελτιστοποίησης για τη σχεδίαση εξαρτημάτων. Η πλειονότητα της επιστημονικής βιβλιογραφίας περιορίζεται στη χρήση μεθόδων προσθετικής κατασκευής για την παραγωγή τοπολογικά βελτιστοποιημένων εξαρτημάτων, λόγω της πολυπλοκότητάς τους. Παρόλο που οι μέθοδοι προσθετικής κατασκευής έχουν γνωρίσει μεγάλη ανάπτυξη και το κόστος παραγωγής έχει μειωθεί σημαντικά, οι κλασσικές μέθοδοι παραγωγής όπως χύτευση υπό πίεση, προοδευτική διαμόρφωση με καλούπι κ.α., εξακολουθούν να αποτελούν τις κυριότερες μεθόδους παραγωγής εξαρτημάτων σε παραγωγές μεγάλης κλίμακας. Στη διπλωματική αυτή θα εφαρμοστεί η μέθοδος της τοπολογικής βελτιστοποίησης σε εξαρτήματα, λαμβάνοντας ως περιορισμό τη δυνατότητα παραγωγής τους με κλασσικές μεθόδους παραγωγής. Λογισμικά που αξιοποιούνται στο πλαίσιο αυτής της διπλωματικής αποτελούν το Solidworks για τη σχεδίαση των εξαρτημάτων και την τοπολογική βελτιστοποίηση τους και το Ansys, μέσω του οποίου πραγματοποιείται η παραμετρική βελτιστοποίηση και η κατασκευή των μεταμοντέλων, αξιοποιώντας το πακέτο Ansys OptiSlang. Η ροή της μελέτης ξεκινά με την τοπολογική βελτιστοποίηση, μέσα από την οποία εξάγονται οι περιοχές του εξαρτήματος από τις οποίες δύναται να αφαιρεθεί υλικό. Στη συνέχεια το εξάρτημα εισάγεται στο λογισμικό Ansys, όπου σχεδιάζονται οι περιοχές αφαίρεσης υλικού, βάσει των δεδομένων που συλλέχθηκαν κατά την τοπολογική βελτιστοποίηση. Οι περιοχές αφαίρεσης υλικού σχεδιάζονται παραμετρικά, ώστε να είναι δυνατόν μέσω επαναληπτικής διαδικασίας παραμετρικής βελτιστοποίησης, να εξαχθούν οι βέλτιστοι παράμετροι. Στη συνέχεια ορίζεται το εύρος των σετ παραμέτρων και το μοντέλο εισάγεται στο Ansys OptiSlang. Πραγματοποιείται επίλυση του πλήρους μοντέλου για ένα πλήθος σετ γεωμετρικών παραμέτρων, διαδικασία που είναι απαραίτητη για την κατασκευή του μεταμοντέλου. Με την ολοκλήρωση της κατασκευής του μεταμοντέλου η επαναληπτική διαδικασία παραμετρικής βελτιστοποίησης πραγματοποιείται για χιλιάδες διαφορετικά σετ παραμέτρων, από τα οποία εξάγεται η βέλτιστη γεωμετρία. Η χρήση του μεταμοντέλου επιτρέπει την ολοκλήρωση της επαναληπτικής διαδικασίας για χιλιάδες σετ γεωμετρικών παραμέτρων σε πολύ μικρό χρόνο και με πολύ μικρές υπολογιστικές απαιτήσεις. Η επίδοση της βέλτιστης γεωμετρίας που εξάγεται από την προσομοίωση του μεταμοντέλου επιβεβαιώνεται με την επίλυση του πλήρους μοντέλου.This thesis is focused on the application of topology optimization in the design of mechanical components. Most of the scientific literature is limited on using Additive Manufacturing for producing topology optimized parts, due to their complexity. Although the Additive Manufacturing Methods have experienced significant growth and the cost of production has been extensively lowered, the traditional manufacturing methods as die-casting, progressive die forming and others, continue to constitute the main methods of producing parts in large scale productions. In this thesis the topology optimization method will be applied in parts, taking into consideration the manufacturability of them with traditional methods of manufacturing. Two main software will be used in this thesis, Solidworks for designing the parts and conducting the topology optimization and Ansys for the parametric optimization and the construction of the metamodel, utilizing Ansys OptiSlang. The workflow of the study starts with the topology optimization, from which the regions of the part that mass can be removed are identified. Then the part is imported into Ansys, on which the removal regions are modelled in a parametric way, so that a parametric optimization can be conducted and the best performing parameter set can be identified. After that the range of the parameters is defined and the model is imported into Ansys OptiSlang. The full fidelity model is simulated for a number of parameters set, a process that is necessary so that the metamodel can be build. After the successful build of the metamodel, the parametric optimization is conducted using the metamodel and evaluating the performance of thousands of parameter sets. The use of the metamodel allows for the completion of the parametric optimization by evaluating the performance of thousands of parameters sets in a short time period with very minimal computational needs. Finally, the performance of the best design extracted from the simulation of the metamodel is verified by comparing it with the high-fidelity model. Μεταπτυχιακή διατριβήhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/Πολυτεχνείο Κρήτης::Σχολή Μηχανικών Παραγωγής και ΔιοίκησηςMavrogenis_Georgios_MSc_2025.pdfChania [Greece]Library of TUC2025-08-01application/pdf12.8 MBfree Mavrogenis Georgios Μαυρογενης Γεωργιος Stavroulakis Georgios Σταυρουλακης Γεωργιος Alevras Panagiotis Αλευρας Παναγιωτης Antoniadis Aristomenis Αντωνιαδης Αριστομενης Πολυτεχνείο Κρήτης Technical University of Crete Τοπολογική βελτιστοποίηση Παραμετρική βελτιστοποίηση Ανάλυση με μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων Μεταμοντέλα