基于Altair+OptiStruct的复合材料优化技术

复合材料优化技术

的

ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢａｓｅｄｏｎＡｌｔａｉｒＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ澳汰尔工程软件（上海）有限公司洪清泉邬旭辉

ＡｌｔａｉｒＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ是一个是以有限元法为基础，面向产品设计、分析和优化的有限元和结构优化求解器，拥有全球最先进的优化技术，可提供最全面的优化方法，包括拓扑优化、形貌优化、尺寸优化、形状优化以及自由尺寸和自由形状优化。这些方法可以对静力、模态、屈曲、频响等分析过程进行优化，其稳健高效的优化算法允许在模型中定义上百万个设计变量，支持常见的结构响应，包括：位移、速度、加速度、应力、应变、特征值、屈曲载荷因子、结构柔度以及各响应量的组合等。此外，ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ提供了丰富的参数设置，包括优化求解参数和制造加工工艺参数等，方便用户对整个优化过程进行控制，确保优化结果便于加工制造，从而极具工程实用价值。

ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ提供了从金属到复合材料的完整的优化解决方案，可以考虑各铺层的应力、应变、失效和屈曲等性能约束，提供了前所未有的复合材料优化解决方案。

拓扑优化

拓扑优化的基本思想是将寻求结构的最优拓扑／布局问题转化为在给定的设计区域内寻求材料最优分布的问题。

例如，在矩形设计空间内，承受

弯矩的最佳结构样式是工字型梁，承

受扭矩的最佳结构样式是矩形管梁。

ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ可以在给定的设计空间

内，在给定的载荷边界条件下，找到

满足性能指标的最佳的材料分布，从

而确定出最佳的结构形式。

自由尺寸优化

利用拓扑优化找出最佳的零部

件结构样式后，根据该样式初步设计

出零件，然后进行自由尺寸优化。自

由尺寸优化适合于用壳单元建模的

零件，对金属零件而言，每个单元的

厚度就是一个变量，其厚度可在某个

范围之间连续变化。

自由尺寸优化可以应用到复合

材料的优化设计中。将复合材料建

模为角度一定（０。、４５。、一４５。、９０。

等）的几个“大层”（相对于实际厚

度很薄的单个铺层），此时每个单元

的每一层的都是一个厚度变量，优化

后可以得到其最佳厚度。

尺寸优化

尺寸优化可以对有限元模型的

各种参数，例如板的厚度、梁截面尺

寸、材料属性等进行优化。在得到各

角度“大层”的组成形状之后，对复

合材料进行重新建模，将每种形状重

新建成一个“大层”，优化得到每种

形状的具体厚度，除以实际铺层的厚

度，就可以得到每种角度每种形状的

铺层的数目了。

铺层层叠次序优化

有了每种角度每种形状的实际

铺层数目，接下来就要优化实际铺层

层叠的次序，从而最终制造出复合材

料零件。确定铺层次序时，需要考虑

铺层对称性、每种铺层的最大层叠数

目等。ＨｙｐｅｒＳｈｕｆｆｌｅ模块可以自动

确定最佳的铺层层叠次序，满足复合

材料制造工艺要求。

结束语

ＡｌｔａｉｒＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ９．０具有完整

的复合材料优化设计解决方案，通过

综合应用拓扑优化、自由尺寸优化、

尺寸优化、铺层层叠次序优化等技

术，提供了从最初的零件结构样式，

到铺层形状和厚度分布，到铺层角度

和层数的确定，到最终铺层层叠次序

的各个阶段的优化设计方法，为复合

材料零件的设计提供了创新的、符合

工程实际的方法。

（责编侧卫）

２００８年第２２期・航空制造技术１０３

万方数据