Topoloji Optimizasyonu ile Tasarımın Sınırlarını Değiştirin!

Optimizasyon kavramına bakacak olursak en iyileme ya da bir tasarımı minimize veya maksimize ederek tasarım parametrelerini incelemek veya çözmek için izlenen yolları ifade etmektedir. Tasarımı ise iki ana türe ayırabiliriz. Bunlar; Fonksiyonel tasarım ve optimize edilmiş tasarım. Fonksiyonel bir tasarım dediğimizde istenilen yapısal özellikleri karşılayan tasarımları kapsamaktadır. Bu tasarımlar, yapısal özelliklerinin dışında boyut gibi özelliklerde dahil tüm gereksinimleri kapsamaktadır. Öte yandan tasarım optimizasyonu ise mevcut tasarımın belirli kriterlere dayanarak tasarımın değiştirilmesini kapsamaktadır. Bu kriterler ise maliyet, dayanım, boyut, ağırlık, güvenirlik vb. gibi kavramları kapsamaktadır. İşte tam bu noktada tasarım optimizasyonun en önemli alt dallarından biri topoloji optimizasyondan bahsedeceğiz.

Gelişen teknoloji ve üretim alanında yeni imalat yöntemleriyle (eklemeli imalat, dijital üretim vs.) karmaşık geometrideki parçaların kolayca üretilebilir hale gelmesine olanak tanımaktadır. Bu durum ile malzeme kullanımı, ağırlık ve zaman gibi parametrelerin önemli ölçüde azaltılabilmesi sağlanmaktadır. Bunlarla birlikte hafif ve yüksek performanslı parçaların tasarımı ve analizinde topoloji optimizasyonu tekniği ileri düzey üretim uygulamalarında yaygın olarak kullanılan bir alan haline gelmiştir. En basit ifade ile topoloji optimizasyonu; belirlenen yükler, kısıtlamalar, sınır koşulları ve üretim kontrolleri gibi bilgileri temel alarak, tasarım optimizasyonu döngüsünü yinelenen algoritmalarla çalıştırarak en iyi şekli oluşturan bir yöntemdir. Bu süreç, genellikle bilgisayar tabanlı simülasyon ve optimizasyon araçları kullanılarak gerçekleştirilir.

Topoloji optimizasyonu, başlangıçta bir yapının tasarımıyla başlar. Ardından maksimum gerilme/gerinim, yer değiştirme, doğal frekans gibi bir dizi kısıtlama veya diğer tasarım kriterleri göz önüne alındığında en uygun malzeme dağılımını bulmak için iteratif olarak malzeme kaldırma veya eklemeyi içeren bir süreç uygular. Bu süreçlerde doğadan da ilham alır.

Bu optimizasyon CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) teknolojisine benzer biçimde otomotiv, uzay, havacılık, imalat hatta mimari-inşaat gibi birçok alanda kullanılmaktadır.

Performans ve tasarımı geliştirme, hafifletme ve geleneksel yöntemle üretimde talaş miktarıyla birlikte işleme enerjisini azatsa da belirli durumlarda geometrinin karmaşıklığından kaynaklı olarak kalıp maliyeti ya da üretimin zorlukları gibi dezavantajları da vardır. Örneğin, aşağıda paletli ekskavatör kolu ve drone şase yapılarına ait topoloji optimizasyon çalışmaları örnekleri bulunmaktadır.

Topoloji optimizasyonu, yapısal tasarım alanında önemli bir ilerlemedir ve ilerleyen zamanlarda sıkça karşımıza çıkacaktır. Fakat unutmamak gerekir ki topoloji optimizasyonu bir parçayı tasarlamak için rehberlik eder; tasarımı yapmaz veya oluşturmaz.