拓扑优化基本操作入门（Opti-struct）

时间：2024-06-18 20:53:26 浏览：次

拓扑优化在机械设计中具有重要的作用。拓扑优化（topology optimization）是一种根据给定的负载情况、约束条件和性能指标，在给定的区域内对材料分布进行优化的数学方法，是结构优化的一种。结构优化可分为尺寸优化、形状优化、形貌优化和拓扑优化。

如何利用拓扑优化方法，使得结构设计更合理，制造成本更低是工程师重要考虑的方向。

本片文章，介绍一下opti struct中对于拓扑优化的基本操作和心得。

一般操作
左键LM选择，右键RM取消
Ctrl+LM移动鼠标=旋转视图
Ctrl+RM移动鼠标=平移视图
Ctrl+roll=放大缩小视图
Shift+LM移动鼠标=框选

1选择求解器
2导入外部模型
3网格划分
4定义材料
5定义截面
6指定截面
7设定边界条件与负载
8设定工况并导入对应的负载与约束
9执行求解

Optimization拓扑优化：

1建立设计变量（design variables）
2建立响应（optimization response）
3建立响应约束（optimization dconstraint）
4建立目标函数（objective）
5执行求解

形貌优化：

导入外部模型：import geometry

网格划分（实体）：

3D → solidmap → one volume

网格删除：tool delete、框选删除部分、delete entity

定义材料

Type：材料类型 → card image：材料性质 → Create\\edit 创建并编辑材料属性

Update：修改。在其他模块也用相同方式修改

定义截面：

Card image：截面类型（实体、壳体。。。）→ material：选择之前定义的材料 → create创建

指定截面：

选择partbody 1 右键点击Assign 选择之前建立的截面

设定边界条件

建立载荷集合器

右键 create → load collector

在load collector下设置约束或负载，有一个以上load collector时，对要使用的那个load collector 右击选择make current

设定约束：analysis constraint

点nodes选择约束位置，约束位置可以是nodes以外的选择方式

Relative size：显示大小

Dof1至dof3 为x、y、z方向的平移，dof4至dof6为x、y、z方向的转动

create创建

右击另一个load collector选择make current

设定载荷：analysis force（集中力）

Magnitude: 值大小与正反方向 → Z-axis：沿z轴方向→ create创建

Uniform size：显示大小

设定工况并导入对应的负载与约束

设定工况：analysis loadsteps

SPC：约束，点击“=”后面空白处选择之前建立的约束载荷集合器

Load：负载，点击“=”后面空白处选择之前建立的负载载荷集合器

Type选择工况类型（线性静力、频率模态。。。。。。）

create创建

执行求解

Analysis → optistruct

Run option为analysis

optistruct求解

Optimization拓扑优化

建立设计变量

Analysis → optimization → topology

Type：变量类型(实体单元、壳单元。。。。。。) → 点击props选择要优化的部件 → create

参数parameter（可以不设置）

Desver 应与相应的设计变量同名

Minmemb 最小壁厚，一般为单元尺寸3倍（按F4 可测量节点间的距离）

Maxmemb 最大壁厚，至少为最小壁厚的2倍

Stress constraint 应力值约束

Fatigue constraint 疲劳值约束

Draw 拔模方向（可以不设置）

由点anchor node 指向点first node的向量方向为拔模方向

Pattern grouping设定优化时的对称平面（可以不设置）

1-plns sym：两个点确定对称平面，由点anchor node 指向点first node的向量为对称平面的法向量，对称平面过点anchor node

2-plns sym：三个点确定对称平面，由点anchor node 指向点first node的向量为投影平面的法向量，投影平面过点anchor node。点second node在投影平面的投影为点node1，由点anchor node 指向点node1的向量为对称平面的法向量，对称平面过点anchor node

建立响应

Analysis → optimization → response

建立体积响应

响应类型选择volume → create