ANSYS拓扑优化
拓扑优化简介及在ansys软件中的实现
件中的实现
ANSYS TRAINING
主要内容
1
2 3
拓扑优化概述 ANSYS中拓扑优化过程 实例讲解
ANSYS TRAINING
拓扑优化概述
ANSYS TRAINING
拓扑优化概述
工程结构优化
尺寸优化：以几何尺寸为设 计变量,而材料的性质,结构
的拓扑和几何形状保持不变
ANSYS TRAINING
实例讲解
实例二 力热载荷综合作用下的拓扑优化
3.3KN
换热系数 （Wm-2K）
在实例一中的模型上施加热边界条件如下：
位置 温度（K）
长×宽=160 ×120
1 2 3
1358.37 293 363
1092.36 105.3 13433
6.5MPa
ANSYS TRAINING
• GUI操作对应命令流的输出
– 单步查看 – 最终整体输出
Help is very helpful！
ANSYS TRAINING
实例讲解
实例一 力载荷下的拓扑优化
对一长正方形平板零件，底边中部受到均匀的压力6.5MPa，顶部两
侧受到集中载荷3.3KN。本问题的目标是在体积减少70%的条件下，
结构的柔顺度最小。 3.3KN
实例讲解
热-结构耦合分析
耦合方法
采用顺序耦合分析的方法，即首先进行整机温度场分析，然 后利用热分析结果即节点温度作为“体载荷”施加到随后的 结构分析中。
分析流程
温度场 边界条件 清除 物理环境 转换 单元 保存温度场 物理环境 转换 材料属性 温度场 计算 转换 接触算法 设置 参考温度 设置 边界条件
–PLNSOL,TOPO –or General Postproc > Plot Results > Nodal Solution… –红色表示要保留的材料 (pseudo-density 1.0)； –蓝色表示可以去掉的材料 (pseudo-density 0.0)。
《Ansys拓扑优化》课件
优化飞机和航天器的结构，在减少重量的同时提高强度和刚度。
汽车工程
改进汽车结构以提高燃油效率和碰撞安全性。
建筑工程
优化建筑结构以提供更好的抗震性能和节能效果。
传统的结构优化与拓扑优化的 区别
• 传统的结构优化方法通常只考虑材料的分布，而拓扑优化还考虑了形 状的优化。
• 拓扑优化可以提供更自由的设计空间，允许非常复杂的结构形态。 • 拓扑优化能够更全面地优化结构的性能指标，如重量、刚度、疲劳寿
Ansys提供了先进的优化算法， 能够高效地进行拓扑优化。
集成的结构分析
Ansys可以直接对结构进行有 限元分析，提供准确的性能评 估。
与CAD软件的无缝集成
Ansys可以导入CAD模型，轻 松进行拓扑优化设计。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ansys拓扑优化的输入数据要求
• 结构的几何形状和边界条件 • 设计的材料特性 • 优化目标和约束条件
命等。
拓扑优化的基本原理
拓扑优化基于有限元分析和优化算法，通过迭代地将材料从刚度较低的区域 转移到刚度较高的区域，以实现结构的最佳形态。
拓扑优化的流程
1
初始设计生成
2
根据设计要求生成初始设计。
3
优化迭代
4
通过重新分配材料进行优化迭代，直 到达到最优解。
设计空间定义
确定可调整材料的区域和边界条件。
有限元分析
使用有限元方法对结构进行力学分析， 评估性能。
拓扑优化在工程设计中的意义
1 降低成本
通过优化材料使用，减少了成本和浪费。
2 提高性能
优化后的结构能够提供更好的性能指标，如强度、刚度和疲劳寿命。
3 实现轻量化设计
基于ansys的四旋翼无人机结构拓扑优化方法
基于ansys的四旋翼无人机结构拓扑优化方法
基于ANSYS的四旋翼无人机结构拓扑优化方法包括以下步骤：
1. 建立四旋翼无人机的有限元模型。
2. 基于ANSYS对四旋翼无人机在空中悬停工况下的结构应力进行分析。
3. 基于材料最大许用应力准则，对无人机机架初始模型进行校核。
4. 以最小质量为拓扑目标，最小体积为约束，对无人机机架进行拓扑优化。
5. 在ANSYS中的Spaceclaim模块对拓扑后的模型进行重构。
6. 对重构模型进行静力学的二次验证。
以上步骤仅供参考，实际操作中可能需要根据具体情况进行调整。
ANSYS拓扑优化实例-三维块的优化
ANSYS拓扑优化实例如下图所示的长方体，受到一个1000N的集中载荷，四周为固定端，弹性模量为E=2e11，泊松比为0.3。
1.设定分析作业名从实用菜单中选择Utility Menu：File>Change Jobname 命令，将打开Change Jobname对话框，如图所示，输入example of topology单击OK。
2.设定分析标题从实用菜单中选择Utility Menu：File>Change Title 命令，将打开Change Title对话框，如图所示，输入single-load example of topo单击OK。
3.定义单元类型（1）从主菜单中依次选择Main Menu：Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete命令将打开Element Type（单元类型）对话框。
（2）单击Add，将打开Library of Element Type ，选择Solid95，依次单击Apply、OK。
如下图所示，单元类型对话框将会出现两个单元类型（拓扑优化只优化单元类型为1（Type1）的部分）。
（3）单击Close，完成设置。
4.定义材料属性（1）从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor-Material Props-Material Models将打开Define Material Model Behavior（定义材料属性）窗口，左窗口Material Model Number 1。
（2）依次在右窗口双击Structural>Linear>Elastic>Isotropic,给出弹性模量EX=2e11和泊松比PRXY=0.3。
（3）单击OK回到Define Material Model Behavior（定义材料属性）窗口，关闭窗口完成设置。
5.创建几何模型由于体的一部分不作优化，所以划分网格时，会要求不同部分选择不同的单元类型。
如何利用ANSYS进行拓扑优化
如何利用ANSYS进行拓扑优化前言就目前而言，利用有限元进行优化主要分成两个阶段：（1）进行拓扑优化，明确零件最佳的外形、刚度、体积，或者合理的固有频率，主要目的是确定优化的方向；（2）进行尺寸优化，主要目的是确定优化后的的零件具体尺寸值，通常是在完成拓扑优化之后，再执行尺寸优化。
在ANSYS中，利用拓扑优化，可以完成以下两个目的：（1）在特定载荷和约束的条件下，确定零件的最佳外形，或者最小的体积（或者质量）；（2）利用拓扑优化，使零件达到需要的固有频率，避免在使用过程中产生共振等不利影响。
本文主要就在ANSYS环境中如何执行拓扑优化进行说明。
1、利用ANSYS进行拓扑优化的过程在ANSYS中，执行优化，通常分为以下6个步骤：、定义需要求解的结构问题对于结构进行优化分析，定义结构的物理特性必不可少，例如，需要定义结构的杨氏模量、泊松比（其值在～之间）、密度等相关的结构特性方面的信息，以供结构计算能够正常执行下去。
、选择合理的优化单元类型在ANSYS中，不是所有的单元类型都可以执行优化的，必须满足如下的规定：（1）2D平面单元：PLANE82单元和PLANE183单元；（2）3D实体单元：SOLID92单元和SOLID95单元；（3）壳单元：SHELL93单元。
上述单元的特性在帮助文件中有详细的说明，同时对于2D单元，应使用平面应力或者轴对称的单元选项。
、指定优化和非优化的区域在ANSYS中规定，单元类型编号为1的单元，才执行优化计算；否则，就不执行优化计算。
例如，对于结构分析中，对于不能去除的部分区域将单元类型编号设定为≥2，就可以不执行优化计算，请见下面的代码片段：…………Et,1,solid92Et,2,solid92……Type,1Vsel,s,num,,1,2Vmesh,all……Type,2Vsel,s,num,,3Vmesh,all……说明：上述代码片段定义相同的单元类型（solid92），但编号分别为1和2，并将单元类型编号1利用网格划分分配给了1＃体和2＃体，从而对其进行优化计算；而单元编号为2利用网格划分分配给了3＃体，从而不执行优化计算。
如何采用ansys workbench对结构进行拓扑优化分析
如何采用ansys workbench对结构进行拓扑优化分析
在ansys workbench中拓扑优化分析流程如下所示。
以下图所示结构为例，演示拓扑优化分析的过程，优化条件如下：
最大应力小于1000PSI；质量去除50%；结构材料为结构钢；结构承受750psi的内压，两端的安装孔固定约束。
拓扑优化的边界条件设置如下，设置对应的优化区域，载荷约束条件区域为非优化区域，设置最大应力和去除质量的约束条件。
优化前后的结果对比，优化后材料质量取出来42%
基于SCDM模块，对优化后的片面模型进行几何处理，并将模型一键转为为实体模型，进行优化后模型的验证分析。
验证分析的流程如下所示，通过workbench的一键传递，自动生成验证分析的静力学模块，按照上图所示的几何模型，完成几何处理，最后进行验证分析。
验证前后的结果对比如下所示，初始模型的变形为0.00032in，优化后模型的变形为
0.00061，初始模型的最大应力为8208psi，优化后模型的最大应力为9636psi，满足优化要求。
《Ansys拓扑优化》课件
REPORTING
• 拓扑优化概述 • ANSYS拓扑优化的基本原理 • ANSYS拓扑优化的操作流程 • 拓扑优化案例分析 • 结论与展望
目录
PART 01
拓扑优化概述
REPORTING
拓扑优化的定义
拓扑优化是在给定设计空间、载荷和约束条件下，通过求解数学优化问题，确定 最优的材料分布方案，以达到结构轻量化、刚度最大化或柔度最小化的目的。
PART 05
结论与展望
REPORTING
拓扑优化在工程设计中的重要性
01
02
03
提高结构效率
通过优化材料的分布，减 少不必要的材料，降低重 量并提高结构的刚度和稳 定性。
降低制造成本
减少材料使用意味着减少 生产成本和资源消耗，同 时优化设计可降低加工难 度。
创新设计
拓扑优化能够发现传统设 计方法无法达到的全新设 计方案，为工程师提供更 多创新选择。
熟悉ANSYS软件
深入了解ANSYS拓扑优化的基本原理、操作 流程和参数设置。
建立合理的模型
根据实际工程问题，建立准确的数学模型， 并选择合适的优化算法。
迭代与调整
在优化过程中，根据收敛情况和结果反馈， 不断调整优化参数和方法。
结果验证与评估
对优化后的设计方案进行实验验证，确保其 在实际应用中的可行性和可靠性。
迭代与收敛
在优化过程中，迭代计算并检查收敛性，直 至达到预设的收敛准则或迭代次数。
结果后处理和评估
评估与验证
根据优化结果，评估设计的可行性和有效性 ，如有需要可进行实验验证。
结果后处理
查看拓扑优化结果，如等效应力、应变分布 等。
设计优化建议
ansys拓扑优化
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November 10, 2022
基于静力学拓扑优化
对于Static Structural and Modal 分析可以定义如下优化目标： •Static Structural: 单个或多个载荷步 •最小柔度；最小体积；最小质量 •Modal: 单个或多个固有频率 •最大频率；最小体积；最小质量
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November 10, 2022
基于静力学拓扑优化
使用worksheet表，在Static Structural中对不 同载荷步施加权重系数, 或在Modal分析中 对不同振型施加权重系数
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November 10, 2022
基于静力学拓扑优化
多载荷加载方法：
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November 10, 2022
目录
基于静力学拓扑优化 基于模态分析拓扑优化
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November 10, 2022
基于静力学拓扑优化
选择优化区域: •Geometry •可能是整个组装件, 部分组装件, 或者单个或多个零 件 •Named Selection •可能是几何模型或者网格集合
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November 10, 2022
基于静力学拓扑优化
基于静力学拓扑优化
可以定义如下制造约束： •最小元件尺寸 •最大元件尺寸
最大、最小元件尺寸可以使用系统默认尺寸，也可以 手动修改
10
November 10, 2022
基于静力学拓扑优化
对称制造约束： 通过局部坐标系定义对称中心 用户设置对应的对称轴
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November 10, 2022
基于静力学拓扑优化
(完整版)ANSYS拓扑优化原理讲解以及实例操作
拓扑优化是指形状优化，有时也称为外型优化。
拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案。
这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计。
与传统的优化设计不同的是，拓扑优化不需要给出参数和优化变量的定义。
目标函数、状态变量和设计变量（参见“优化设计”一章）都是预定义好的。
用户只需要给出结构的参数（材料特性、模型、载荷等）和要省去的材料百分比。
给每个有限元的单元赋予内部伪密度来实现。
这些伪密度用PLNSOL ，TOPO 命令来绘出。
拓扑优化的目标——目标函数——是在满足结构的约束（V ）情况下减少结构的变形能。
减小结构的变形能相当于提高结构的刚度。
这个技术通过使用设计变量。
结构拓扑优化的基本思想是将寻求结构的最优拓扑问题转化为在给定的设计区域内寻求最优材料分布的问题。
通过拓扑优化分析，设计人员可以全面了解产品的结构和功能特征，可以有针对性地对总体结构和具体结构进行设计。
特别在产品设计初期，仅凭经验和想象进行零部件的设计是不够的。
只有在适当的约束条件下，充分利用拓扑优化技术进行分析，并结合丰富的设计经验，才能设计出满足最佳技术条件和工艺条件的产品。
连续体结构拓扑优化的最大优点是能在不知道结构拓扑形状的前提下，根据已知边界条件和载荷条件确定出较合理的结构形式，它不涉及具体结构尺寸设计，但可以提出最佳设计方案。
拓扑优化技术可以为设计人员提供全新的设计和最优的材料分布方案。
拓扑优化基于概念设计的思想，作为结果的设计空间需要被反馈给设计人员并做出适当的修改。
最优的设计往往比概念设计的方案结构更轻，而性能更佳。
经过设计人员修改过的设计方案可以再经过形状和尺寸优化得到更好的方案。
5.1.2优化拓扑的数学模型优化拓扑的数学解释可以转换为寻求最优解的过程，对于他的描述是：给定系统描述和目标函数，选取一组设计变量及其范围，求设计变量的值，使得目标函数最小（或者最大）。
一种典型的数学表达式为：()()()12,,0,,0min ,g x x v g x x v f x v ⎧=⎪⎪≤⎨⎪⎪⎩式中，x -系统的状态变量；12g g 、-一等式和不等式的结束方程；(),f x v -目标函数；v -设计变量。
ANSYS命令流学习笔记7-多工况下的拓扑优化
!ANSYS命令流学习笔记7!多工况下的拓扑优化!学习重点：!1、何为拓扑优化!区分尺寸优化、形状优化、拓扑优化。
拓扑优化是形状优化的一种特殊形式。
网上资料和ansys help文件都有详细说明。
!2、单一工况载荷下的拓扑优化。
单一工况拓扑操作流程很简单，APDL命令也很简单。
Workbench也可以轻松实现。
!3、多工况下的拓扑优化。
需要apdl用到lswrite 命令。
目前不清楚如何完全由workbench 完成多工况的拓扑优化。
有可能在workbench中借助APDL命令来实现，按下不表，后期再做学习。
!案例如下：!平面应力问题。
一个100*100的平面。
左边固定，分别承受两种工况载荷情况。
两种载荷并不是同时作用，所以要进行多工况下的拓扑优化分析。
首先，对只有向上作用力fy=100时，或者只有向下作用力fy = -100时进行topo分析，结果如下图然后，对fy=100和fy=-100作为同一工况下加载，进行topo分析，结果如下图然后，对多工况进行topo分析，结果如下图上述结果可以证明，下列程序确实可以满足多工况的拓扑优化。
但是处理起来复杂模型，还是多有不便，所以如何将其应用到workbench，是下一次考虑的重点。
!APDL命令：finish/clear/prep7 !进入前处理et,1,plane82 !定义能进行topo分析的单元，将其编号为1，其他编号则不参与优化。
mp,ex,1,2e11mp,prxy,1,0.3 !定义材料属性rectng,0,100,0,100 !画个矩形面esize,2,0amesh,all !划分网格nsel,s,loc,x,0d,all,all !定义fix约束，第一个工况nsel,s,loc,y,100f,all,fy,-100 !施加节点力，第一个工况allsel,alllswrite,1 !写第一个工况文件ddele,allfdele,all !删除所有边界条件，以便于进行第二个工况的读写nsel,s,loc,x,0d,all,all ! 定义fix约束，第二个工况nsel,s,loc,y,0f,all,fy,100 !施加节点力，第二个工况allsel,alllswrite,2 !写第二个工况文件finish/solutocomp,mcomp,multiple,2 !两个工况的作用，定义目标函数名称为mcomp。
ansys的几种优化方法_命令流
ansys的几种优化方法_命令流拓扑优化理论及在ANSYS软件中的实现拓扑优化理论及在ANSYS软件中的实现拓扑优化理论及在ANSYS软件中的实现一．拓扑优化概论：连续体结构的拓扑优化设计是继结构的尺寸优化设计和形状优化设计之后，在结构优化领域出现的一种富有挑战性的研究方向，它是一种比尺寸优化和形状优化更高层次的优化方法，也是结构优化问题中最为复杂的一类问题。
拓扑优化处于结构的概念设计阶段，其优化结果是一切后续设计的基础。
因而在初始设计阶段需要确定结构的最佳拓扑形式。
拓扑优化的目的是寻求结构的刚度在设计空间最佳的分布形式，或在设计域空间需求结构最佳的传力路线，以优化结构的某些性能或减轻结构的重量。
目前对于拓扑优化的研究主要集中在以下几个方面：结构拓扑描述方式和材料插值模型；拓扑优化中结构拓扑描述方式和材料的插值模型非常重要，是一切后续拓扑优化工作的基础。
常用的拓扑描述方式和材料插值模型有均匀化方法、密度法、变厚度法和拓扑函数描述法等。
拓扑优化求解数值算法，新型优化算法在拓扑优化中的应用；拓扑优化的数值计算方法主要包括有限元法和无网格法，基于成熟的有限元理论的拓扑优化格式简单，便于实现，但在优化过程中常因网格的重分和细化导致计算困难，结构中常出现中间密度材料、棋盘格现象和网格依赖性等问题。
无网格法是今年发展的一种新型数值求解技术，摆脱了有限元繁琐的网格生成过程，从理论上看比有限元法拥有更广阔的应用前景，但目前尚处于发展和完善中。
拓扑优化的特点是：设计变量多，计算规模大，目标函数和约束函数一般为设计变量的非线性、非单调函数。
目前应用于连续体结构拓扑优化计算的优化算法主要包括两类：优化准则法和序列凸规划法。
去除优化过程中数值计算不稳定的方法，优化结果的提取和重构；拓扑优化中经常出现的数值计算问题有：多孔材料、棋盘格现象、网格依赖性和局部极值问题。
优化结果的提取和应用主要考虑的是如何将优化的结果转化为可用的CAD模型问题，实现CAE和CAD之间的数据共享和交流。
ANSYS教程二---拓扑优化
ANSYS教程二---拓扑优化拓扑优化什么是拓扑优化？拓扑优化是指形状优化，有时也称为外型优化。
拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案。
这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计。
与传统的优化设计不同的是，拓扑优化不需要给出参数和优化变量的定义。
目标函数、状态变量和设计变量（参见“优化设计”一章）都是预定义好的。
用户只需要给出结构的参数（材料特性、模型、载荷等）和要省去的材料百分比。
拓扑优化的目标――目标函数――是在满足结构的约束（V）情况下减少结构的变形能。
减小结构的变形能相当于提高结构的刚度。
这个技术通过使用设计变量（i）给每个有限元的单元赋予内部伪密度来实现。
这些伪密度用PLNSOL，TOPO命令来绘出。
例如，给定V=60表示在给定载荷并满足最大刚度准则要求的情况下省去60%的材料。
图2-1表示满足约束和载荷要求的拓扑优化结果。
图2-1a表示载荷和边界条件，图2-2b表示以密度云图形式绘制的拓扑结果。
图2-1 体积减少60%的拓扑优化示例如何做拓扑优化拓扑优化包括如下主要步骤：1．定义拓扑优化问题。
2．选择单元类型。
3．指定要优化和不优化的区域。
4．定义和控制载荷工况。
5．定义和控制优化过程。
6．查看结果。
拓扑优化的细节在下面给出。
关于批处理方式和图形菜单方式不同的做法也同样提及。
定义拓扑优化问题定义拓扑优化问题同定义其他线性，弹性结构问题做法一样。
用户需要定义材料特性（杨氏模量和泊松比），选择合适的单元类型生成有限元模型，施加载ANSYS教程二---拓扑优化荷和边界条件做单载荷步或多载荷步分析。
参见“ANSYS Analysis Procedures Guides”第一、二章。
选择单元类型拓扑优化功能可以使用二维平面单元，三维块单元和壳单元。
要使用这个功能，模型中只能有下列单元类型：二维实体单元：SOLID2和__三维实体单元：__和__壳单元：__二维单元用于平面应力问题。
ANSYS结构拓扑优化设计方案
图1.微结构的单胞(单位细胞)微结构单胞的密度为（1）均匀化方法的数学模型为：（2）约束条件为：（3）（4）（5）（6）（7）gs8 （8）式中：η--微结构单胞的密度l(u)--结构柔顺度l(v)--结构所受到的等效体积力和边界载荷在虚位移v上所作的虚功p、t--结构所受到的等效体积力和边界载荷u--节点位移v--节点的虚位移εij(u)--由于节点位移u引起的应变εkl(v)--由于节点虚位移v引起的虚应变Eijkl(a)--假设的材料特性，与密度η及实际使用材料的材料特性E0有关E0--实际使用材料的材料特性α--待定系数V--结构初始体积Ω--表示在有体积力作用的体积域上积分Г--表示在有面积力作用的边界域上进行积分在上述模型中，式（2）以结构的总柔顺性最小作为优化目标，以微结构的单胞尺寸a为优化设计变量；约束条件（3）根据虚功原理，以结构的静力平衡作为约束条件；约束条件（4）考虑到优化后的体积一定不大于初始体积，约束条件(5)假设了材料特性与密度的关系。
三、客车车身有限元分析车身骨架作为客车的关键总成，其结构必须有足够的强度和静刚度以保证其疲劳寿命、装配和使用的要求，同时还应有合理的动态特性以达到控制振动与噪声的目的。
应用实践证明[5]，用有限元法对车身结构进行分析，可在设计图纸变成产品前就对其刚度、强度、固有频率及振型等有充分认识，以了解车身的应力和变形情况，对不足之处及时改进，使产品在设计阶段就可保证满足使用要求，从而缩短设计实验周期，节省大量的实验和生产费用，它是提高产品可靠性既经济又适用的方法之一。
3.1有限元模型的生成几何模型是有限元模型的基础。
本文使用Unigraphics软件系统，根据车身骨架结构的AutoCAD二维设计图纸，建立其三维空间几何模型，用自行编制的接口程序将模型导入ANSYS。
导入后的几何模型，还需要做一些必要的修改才能划分网格。
为了对建成的有限元模型进行检查，将该模型在悬架装配部位的节点约束后，分别给三个坐标轴方向以一定加速度，检查梁之间的连接情况，并进行修改。
ansys workbench拓扑优化实例
ansys workbench拓扑优化实例
拓扑优化（Topology Optimization）是一种结构优化的方法，通过在给定的设计空间内寻找最佳材料分布来实现结构的轻量化和性能优化。
在ANSYS Workbench 中，可以通过拓扑优化模块来进行这种优化分析。
以下是一个简单的ANSYS Workbench 拓扑优化实例的步骤：
1. 创建几何模型：首先，在ANSYS Workbench 中创建一个几何模型，可以是一个零件或者一个装配体。
2. 设定材料属性：为模型中的材料定义材料属性，包括弹性模量、泊松比等。
3. 设定加载和约束条件：定义模型的加载和约束条件，包括受力点、受力大小和方向，以及约束点和约束类型。
4. 添加拓扑优化模块：在Workbench 中选择拓扑优化模块，并将模型导入到拓扑优化模块中。
5. 设定优化目标和约束条件：定义优化的目标，比如最小化结构的重量或者最大化结构的刚度，同时设置一些约束条件，比如最大应力、最大变形等。
6. 设定优化参数：定义拓扑优化的参数，比如拓扑优化的迭代次数、网格分辨率等。
7. 运行优化分析：运行拓扑优化分析，软件会根据设定的优化目标和约束条件，在给定的设计空间内寻找最佳的材料分布。
8. 分析结果：分析优化结果，查看优化后的结构形态和性能指标，根据需要对设计进行进一步的调整和优化。
请注意，以上步骤是一个简化的示例，实际的拓扑优化分析可能涉及到更多的参数设定和分析步骤。
在实际应用中，建议根据具体的工程问题和软件版本进行详细的参数设定和分析。
ansys拓扑优化[整理版]
![ansys拓扑优化[整理版]](https://img.taocdn.com/s3/m/11d54a950912a21615792959.png)
ansys拓扑优化[整理版][ANSYS拓扑优化]注意点结果对载荷情况十分敏感。
很小的载荷变化将导致很大的优化结果差异。
结果对网格划分密度敏感。
一般来说，很细的网格可以产生“清晰”的拓扑结果，而较粗的网格会生成“混乱”的结果。
但是，较大的有限元模型需要更多的收敛时间。
,在一些情况下会得到珩架形状的拓扑结果。
这通常在用户指定很大的体积减少值和较细的网格划分时出现。
很大的体积减少值如80%或更大(TOPDEF命令)。
, 如果有多个载荷工况时，有多种方式将其联合进行拓扑优化求解。
例如，考虑有五个载荷工况的情况。
可以选择使用五个单独的拓扑优化分析过程，也可以使用包括这五个工况的一次拓扑优化分析。
还有，也可以将这五个工况合成为一个工况，然后做一次优化。
综合起来，可以有七个不同的拓扑优化求解:,5 独立的拓扑优化求解(每个工况一次)1 拓扑优化求解针对五个工况1 拓扑优化求解针对一个联合工况附加的结果或结果的组合都是可用的。
结果对泊松比敏感但对杨氏模量不敏感。
但是，随泊松比变化的效果不明显。
, TOPDEF和TOPITER命令中的指定值并不存储在ANSYS数据库中;因此，用户必须在每次拓扑优化时重新指定优化目标和定义。
[ANSYS拓扑优化]二维多载荷优化设计示例在本例中，对承受两个载荷工况的梁进行拓扑优化。
问题描述图2表示一个承载的弹性梁。
梁两端固定，承受两个载荷工况。
梁的一个面是用一号单元划分的，用于拓扑优化，另一个面是用二号单元划分的，不作优化。
最后的形状是单元1的体积减少50%。
图片2 承受两个载荷工况的梁图片3 拓扑优化结果——50%体积减少本问题是用下列的ANSYS命令流求解的。
两个载荷工况定义并用LSWRITE命令写入文件。
使用ANSYS选择功能，单元SOLID82通过类型号1和2分别指定优化和不优化的部分。
TOPDEF命令定义问题有两个载荷工况并要求50%体积减少。
TOPEXE命令在本例中没有使用，代之以用TOPITER宏命令指定最大迭代次数为12次。
ansys workbench拓扑优化实例
ansys workbench拓扑优化实例摘要：I.引言- 介绍ANSYS Workbench- 介绍拓扑优化II.ANSYS Workbench 拓扑优化实例- 实例一：某汽车零件拓扑优化- 背景介绍- 优化目标- 优化过程- 优化结果- 实例二：某飞机结构拓扑优化- 背景介绍- 优化目标- 优化过程- 优化结果III.拓扑优化在工程中的应用- 提高材料利用率- 减轻结构重量- 提高结构性能IV.总结- 总结ANSYS Workbench 拓扑优化实例- 展望拓扑优化在未来的发展正文：I.引言ANSYS Workbench 是一款集成的多物理场仿真工具，可以帮助工程师进行结构、热、流体、电磁等多种物理场的仿真分析。
在结构设计中，拓扑优化是一种重要的设计方法，可以有效地提高材料利用率、减轻结构重量、提高结构性能。
本文将通过两个实例，介绍如何在ANSYS Workbench 中进行拓扑优化分析。
II.ANSYS Workbench 拓扑优化实例实例一：某汽车零件拓扑优化背景介绍：在汽车制造领域，工程师们经常需要设计轻量化的零件，以提高汽车性能、降低油耗。
针对某汽车零件，我们需要在保持其功能不变的前提下，进行拓扑优化，以减轻其重量。
优化目标：在满足零件强度、刚度、耐疲劳等性能要求的前提下，降低零件重量。
优化过程：1.使用ANSYS DesignModeler 绘制零件的三维模型，并导出为IGS 格式文件。
2.在ANSYS Workbench 中，创建一个新的结构分析项目，并将模型导入到Workbench 中。
3.定义零件的材料属性、边界条件、载荷等。
4.运行拓扑优化分析，设置优化目标（如最小化零件质量）和约束条件（如保持零件的几何形状不变）。
5.查看优化结果，并使用DesignModeler 对优化后的零件进行可视化展示。
优化结果：经过拓扑优化，零件的质量减轻了约20%，同时保持了原有的强度、刚度和耐疲劳性能。
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[ANSYS拓扑优化]注意点结果对载荷情况十分敏感。
很小的载荷变化将导致很大的优化结果差异。
结果对网格划分密度敏感。
一般来说，很细的网格可以产生“清晰”的拓扑结果，而较粗的网格会生成“混乱”的结果。
但是，较大的有限元模型需要更多的收敛时间。
λ在一些情况下会得到珩架形状的拓扑结果。
这通常在用户指定很大的体积减少值和较细的网格划分时出现。
很大的体积减少值如80%或更大（TOPDEF命令）。
λ如果有多个载荷工况时，有多种方式将其联合进行拓扑优化求解。
例如，考虑有五个载荷工况的情况。
可以选择使用五个单独的拓扑优化分析过程，也可以使用包括这五个工况的一次拓扑优化分析。
还有，也可以将这五个工况合成为一个工况，然后做一次优化。
综合起来，可以有七个不同的拓扑优化求解：λ5 独立的拓扑优化求解（每个工况一次）1 拓扑优化求解针对五个工况1 拓扑优化求解针对一个联合工况附加的结果或结果的组合都是可用的。
结果对泊松比敏感但对杨氏模量不敏感。
但是，随泊松比变化的效果不明显。
λTOPDEF和TOPITER命令中的指定值并不存储在ANSYS数据库中；因此，用户必须在每次拓扑优化时重新指定优化目标和定义。
[ANSYS拓扑优化]二维多载荷优化设计示例在本例中，对承受两个载荷工况的梁进行拓扑优化。
问题描述图2表示一个承载的弹性梁。
梁两端固定，承受两个载荷工况。
梁的一个面是用一号单元划分的，用于拓扑优化，另一个面是用二号单元划分的，不作优化。
最后的形状是单元1的体积减少50%。
图片2 承受两个载荷工况的梁图片3 拓扑优化结果——50%体积减少本问题是用下列的ANSYS命令流求解的。
两个载荷工况定义并用LSWRITE命令写入文件。
使用ANSYS选择功能，单元SOLID82通过类型号1和2分别指定优化和不优化的部分。
TOPDEF命令定义问题有两个载荷工况并要求50%体积减少。
TOPEXE命令在本例中没有使用，代之以用TOPITER宏命令指定最大迭代次数为12次。
/TITLE,A 2-d,multiple-load example of topological optimization/PREP7BLC4,0,0,3,1 ！生成实体模型（3X1矩形）ET,1,82 ！二维实体单元，1号为优化ET,2,82 ！2号不优化MP,EX,1,118E9 ！线性各项同性材料MP,NUXY,1,0.3ESIZE,0.05 ！较细的网格密度TYPE,1AMESH,ALL ！自由矩形网格划分NSEL,S,LOC,X,0,0.4 ！选择不优化的部分ESLNTYPE,2EMODI,ALL ！定义2号单元ALLSELNSEL,S,LOC,X,0D,ALL,ALL,0 ！在X=0处固定NSEL,S,LOC,X,3D,ALL,ALL,0 ！在X=3处固定FORCE=1000 ！载荷数值NSEL,S,LOC,X,1NSEL,R,LOC,Y,1F,ALL,FY,FORCE ！定义第一个载荷工况ALLSELLSWRITE,1 ！写第一个载荷工况FDEL,ALLNSEL,S,LOC,X,2NSEL,R,LOC,Y,0F,ALL,FY,-FORCE ！定义第二个载荷工况ALLSELLSWRITE,2 ！写第二个载荷工况FDEL,ALLTOPDEF,50,2 ！定义拓扑优化有两个载荷工况/SHOW,topo,grph ！将图形输出到文件（在交互方式下删除本命令/DSCALE,,OFF/CONTOUR,,2TOPITER,12,1 ！执行不多于12次迭代FINISH求解结果图3表示上例的计算结果。
这些结果存入top.grph文件便于后续的显示处理。
如果是交互地运行ANSYS程序，将/SHOW命令删除以观看每次迭代的结果。
[ANSYS拓扑优化]如何做拓扑优化拓扑优化包括如下主要步骤：1．定义拓扑优化问题。
2．选择单元类型。
3．指定要优化和不优化的区域。
4．定义和控制载荷工况。
5．定义和控制优化过程。
6．查看结果。
拓扑优化的细节在下面给出。
关于批处理方式和图形菜单方式不同的做法也同样提及。
定义拓扑优化问题定义拓扑优化问题同定义其他线性，弹性结构问题做法一样。
用户需要定义材料特性（杨氏模量和泊松比），选择合适的单元类型生成有限元模型，施加载荷和边界条件做单载荷步或多载荷步分析。
参见“ANSYS Analysis Procedures Guides”第一、二章。
选择单元类型拓扑优化功能可以使用二维平面单元，三维块单元和壳单元。
要使用这个功能，模型中只能有下列单元类型：二维实体单元：SOLID2和SOLID82三维实体单元：SOLID92和SOLID95壳单元：SHELL93二维单元用于平面应力问题。
指定要优化和不优化的区域只有单元类型号为1的单元才能做拓扑优化。
可以使用这种限制控制模型优化和不优化的部分。
例如，如果要保留接近圆孔部分或支架部分的材料，将这部分单元类型号指定为2或更大即可：…ET,1,SOLID92ET,2,SOLID92…TYPE,1VSEL,S,NUM,,1,,2 ！用这些单元划分的实体将被优化VMESH,ALLTYPE,2VSEL,S,NUM,,3 ！用这些单元划分的实体将保持原状VMESH,ALL…用户可以使用ANSYS的选择和修改命令控制单元划分和类型号定义。
定义和控制载荷工况可以在单个载荷工况和多个载荷工况下做拓扑优化。
单载荷工况是最简便的。
要在几个独立的载荷工况中得到优化结果时，必须用到写载荷工况和求解功能。
在定义完每个载荷工况后，要用LSWRITE命令将数据写入文件，然后用LSSOLVE 命令求解载荷工况的集合。
例如，下面的输入演示如何将三个载荷工况联合做一个拓扑优化分析。
…D,10,ALL,0,,20,1 ！定义第一个载荷工况的约束和载荷NSEL,S,LOC,Y,0SF,ALLSELLSWRITE,1 ！写第一个载荷工况DDEL,SFDEL,NSEL,S,LOC,X,0,1D,ALL,ALL,0NSEL,ALLF,212,FXLSWRITE,2 ！写第二个载荷工况…LSWRITE,3 ！写第三个载荷工况…FINISH/SOLUTIONTOPDEF,10,3 ！定义优化的参数LSSOLVE,1,3,1 ！在拓扑优化前做所有三个载荷工况求解…定义和控制优化过程拓扑优化过程包括两部分：定义优化参数和进行拓扑优化。
用户可以用两种方式运行拓扑优化：控制并执行每一次迭代，或自动进行多次迭代。
ANSYS有三个命令定义和执行拓扑优化：TOPDEF，TOPEXE和TOPITER。
TOPDEF命令定义要省去材料的量，要处理载荷工况的数目，收敛的公差。
TOPEXE命令执行一次优化迭代。
TOPITER命令执行多次优化迭代。
定义优化参数首先要定义优化参数。
用户要定义要省去材料的百分比，要处理载荷工况的数目，收敛的公差。
命令：TOPDEFGUI：Main Menu>Solution>-Solve-Topological opt注——本步所定义的内容并不存入ANSYS数据库中，因此在下一个拓扑优化中要重新使用TOPDEF命令。
执行单次迭代定义好优化参数以后，可以执行一次迭代。
迭代后用户可以查看收敛情况并绘出或列出当前的拓扑优化结果。
可以继续做迭代直到满足要求为止。
如果是在GUI 方式下执行，在Topological Optimization 对话框（ITER域）中选择一次迭代。
命令：TOPEXEGUI：Main Menu>Solution>-Solve-Topological opt下面的例子说明了如何在拓扑优化中每次执行一次迭代：…/SOLUTIONTOPDEF,25,1 ！移去25%体积并处理一个载荷工况SOLVE ！执行第一次应力分析TOPEXE ！执行第一次拓扑优化迭代FINISH/POST1 ！进入后处理器PLNSOL,TOP0 ！画出优化结果*GET,TIPSRAT,TOPO,,CONV ！读取拓扑收敛状态*STATUS,TOPSTAT ！列表/SOLUTIONSOLVE ！执行第二次应力分析TOPEXE ！执行第二次拓扑优化迭代FINISH/POST1…TOPEXE的主要优点是用户可以设计自己的迭代宏进行自动优化循环和绘图。
在下一节，可以看到TOPITER命令是一个ANSYS的宏，用来执行多次优化迭代。
自动执行多次迭代在定义好优化参数以后，用户可以自动执行多次迭代。
在迭代完成以后，可以查看收敛情况并绘出或列出当前拓扑形状。
如果需要的话，可以继续执行求解和迭代。
TOPITER命令实际是一个ANSYS的宏，可以拷贝和定制（见APDL Programmer’s Guide）。
命令：TOPITERGUI：Main Menu>Solution>-Solve-Topological opt下面的例子说明了如何使用TOPITER宏执行多次迭代：…！定义并写第一个载荷工况LSWRITE…！定义并写第二个载荷工况LSWRITE…！定义并写第三个载荷工况LSWRITE…TOPDEF,80,3,.001 ！80%体积减少，3个载荷工况… 0.001为收敛公差/DSCALE,,OFF ！关闭形状改变/CONTOUR,,3 ！每次显示3个轮廓数值TOPITER,20,1 ！最大20次迭代。
每次迭代求解并绘出…结果每次迭代执行一次LSSOLVE命令，一次TOPEXE命令和一次PLNSOL，TOPO显示命令。
当收敛公差达到（用TOPDEF定义）或最大迭代次数（用TOPITER定义）达到时优化迭代过程终止。
查看结果。
拓扑优化结束后，ANSYS结果文件（Jobname.RST）将存储优化结果供通用后处理器使用。
用户可以使用后面提到的后处理命令。
要得到更详细的信息，请查阅ANSYS Commands Reference或ANSYS Basic Analysis Procedures Guide第五章。
要列出结点解和/或绘出伪密度，使用PRNSOL和PLNSOL命令的TOPO变量。
要列出单元解和/或绘出伪密度，使用PLESOL和PRESOL命令的TOPO变量。
可以使用ANSYS表格功能查看结果：ETABLE,EDENS,TOPOPLETAB,EDENSPRETAB,EDENSESEL,S,ETAB,EDENS,0.9,1.0EPLOT要查看最近（最后一次迭代）的收敛情况和结构变形能，使用*GET命令：*GET,TOPCV,TOP0,,CONV ！如果TOPCV=1（收敛）*GET,ECOMP,TP0,,COMP ！ECOMP=变形能*STAT[ANSYS拓扑优化]什么是拓扑优化拓扑优化是指形状优化，有时也称为外型优化。