(完整版)ANSYS拓扑优化原理讲解以及实例操作

合集下载

拓扑优化简介及在ansys软件中的实现

拓扑优化简介及在ansys软件中的实现
拓扑优化简介及在ANSYS软
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

《Ansys拓扑优化》课件
航空航天
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

如何利用ANSYS进行拓扑优化

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

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

《Ansys拓扑优化》课件
《ansys拓扑优化》 ppt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

(完整版)ANSYS拓扑优化原理讲解以及实例操作

(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优化方法简介以及实例

ansys优化方法简介以及实例

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。

随着拓扑优化理论研究的不断深入,拓扑优化在航空和汽车领域已开始得到初步的应用,主要是通过拓扑优化获得结构的最初拓扑形式,并在最初拓扑形式的基础上进行相关的后续优化设计。

[复习]ansys拓扑优化形状优化实例1

[复习]ansys拓扑优化形状优化实例1

[复习]ansys拓扑优化形状优化实例1 ansys拓扑优化形状优化实例1FINISH/CLEAR,START/TRIAD,OFF !关闭整体直角坐标系的三角符号 H=1000 !设置比例尺,采用iso TK16=6.35/H !设置参数变量并附初值 TK27=6.35/HTK38=6.35/HTK49=6.35/HTK50=4/H/PREP7ET,1,PLANE42MP,EX,1,6.89E10MP,NUXY,1,0.3K,1K,5,254/HKFILL ! 在第1至第5个关键点之间生成2,3,4关键点K,6,,TK16K,7,63.5/H,TK27K,8,127/H,TK38K,9,190.5/H,TK49K,10,254/H,TK50SPLINE,6,7,8,9,10L,1,6*REPEAT,5,1,1 !重复L命令,关键点编号自动加1,分别在2,7、3,8、4,9、5,10之间共生成4条线其中包含了、命令已生成的线,共5条LSEL,S,LINE,,5,9 !选择上述生成的5条线 LESIZE,ALL,,,1 !指定线在划分网格前的等分数为1 LSEL,ALLA,1,2,7,6*REPEAT,4,1,1,1,1 !重复上述命令,共生成4个面ESIZE,,4AMESH,ALLFINISH/SOLUNSEL,S,LOC,YDSYM,SYMM,X !对选择的节点施加x方向的对称约束NSEL,S,LOC,XDSYM,ASYM,Y !对选择的节点施加x方向的反对称约束NSEL,ALLFK,10,FX,66725*4 !在10号关键点施加集中载荷,实现弯矩DK,1,ALL,0 !在1号关键点施加全约束 SOLVEFINISH/POST1SET,LASTETABLE,EVOL,VOLU !建立单元表,并取出每个单元的体积EVOL=每个单元的体积PRNSOL,S,PRIN !列出节点的主应力 NSORT,S,1NSEL,U,LOC,X,0,230/H !选择介于0到230/H的节点*GET,STRS,SORT,,MAX !取出最大的应力值并赋给strsNSEL,ALLSSUM !体积相加*get,TVOL,ssum,,item,EVOL !取出结构总体积 TVOL=TVOL*2 !由于分析时只计算了结构的一半,总体积要乘2NSEL,U,LOC,X,250/H,265/H !选择介于250/H到265/H的节点PRNSOL,U,Y !列表显示出所选节点在y向的位移值 NSORT,U,Y,,1 !位移值升序排列PRNSOL,U,Y !列出排序后的结果*GET,DEFL,SORT,,MAX !取出最大的位移值赋给defl *STATUS,PARM !显示当前参数变量的状态值 DEFL=ABS(DEFL)DIF1=TK16-TK27 !设置参数值,以保证曲线的光滑性DIF2=TK27-TK38DIF3=TK38-TK49FINISHlgwrite,scratch,lgw/OPTopanl,scratch,lgw !指定分析文件 opvar,TVOL,Obj,,,1/H !定义优化目标函数,收敛误差为1,结构总体积TVOL为目标函数opvar,STRS,sv,,206E6 ! 定义状态变量即优化过程的约束条件opvar,DEFL,sv,,12.5/H opvar,DIF1,sv,,1/Hopvar,DIF2,sv,,1/Hopvar,DIF3,sv,,1/Hopvar,TK16,dv,4/H,7/H !定义第一个设计变量及其变化范围opvar,TK27,dv,4/H,7/Hopvar,TK38,dv,4/H,7/Hopvar,TK49,dv,4/H,7/Hopsave,INITIAL,opt !保存所有的优化数据到文件optp里optype,SUBP !设置优化方式,子问题逼近算法OPSUBP,30 !指定迭代次数opexe ! 执行优化 PARSAV,,RSET1 !将参数的值输出到文件中且文件名为rset1oplist,all,,1 !列表显示所有序列/AXLAB,Y,TVOL !设置曲线输出时y轴的说明 plvaropt,TVOL !绘图显示目标函数随优化次数的变化规律FINISH/POST1PLNSOL,U,SUM,0,1 !显示结构在优化后的总位移分布PLNSOL,S,EQV,0,1 !显示结构在优化后的应力分布 FINISH。

ANSYS拓扑优化实例

ANSYS拓扑优化实例

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。

ANSYS拓扑优化设计理论

ANSYS拓扑优化设计理论

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(hi)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。

ansys优化方法简介以及实例

ansys优化方法简介以及实例

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。

随着拓扑优化理论研究的不断深入,拓扑优化在航空和汽车领域已开始得到初步的应用,主要是通过拓扑优化获得结构的最初拓扑形式,并在最初拓扑形式的基础上进行相关的后续优化设计。

ansys结构参数优化和拓扑优化专题

ansys结构参数优化和拓扑优化专题

响应面优化
Kriging (克里格法 ): 多项式F(x)与Z(X)的组合。Z(x)为对平均值为零,方差和非 零方差的正态分布高斯 由于克里格法通过所有设计点拟合响应面,因此拟合优度指 标总是好的 变量变化剧烈,或非线xing时,结果优于标准响应面拟合方 法
响应面优化
Kriging (克里格法 )修正设计点,会出现曲线振荡 可以通过在响应面上插入Refinement Point(改进点) 来修正响应面
拓扑优化
结构材料不同,设计方案不同,优化结果也不同 结构质量分布一致时,质量和体积的优化结果一样
拓扑优化
其余约束条件: 全局等效应力约束
对优化区域的zui da等效应力进行约束,可以对单个或所有工况
位移约束
对所选几何、节点的三个方向的zui da位移进行约束
局部等效应力约束
对所选的几何(面,线或体)、网格的zui da等效应力进行约束
Excel表格数据优化
添加Microsoft Office Excel模块,导入做好参数定 义的Excel表格,定义输入、输出参数
Excel表格数据优化
在Excel表格,输出参数可以定义为输入参数的函数表达式,添加DOE模块 在DOE中生成输入设计点,WB会根据Excel表格中定义的函数表达式求解出对应的输出参数
拓扑优化
挤出(extrusion): 类似于扫略
Without With
NLPQL (二次拉格朗日非线xing规划)
支持单目标,多约束,要求参数保持连续,适合于局部优化
MISQP(混合整数序列二次规划)
支持连续或离散的输入参数 只支持单目标,只生成一个最优解,适合局部优化
Excel表格数据优化
基于DX可以对Excel表格中的数据进行优化分析 在Excel中做好参数定义

ANSYS教程二---拓扑优化

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 workbench拓扑优化实例

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。

如何利用ANSYS进行拓扑优化(转)教学内容

如何利用ANSYS进行拓扑优化(转)教学内容
(2)TOVAR:定义优化变量,可以是目标变量,也可以是约束变量等;
(3)TODEF:定义优化的初始化条件或者收敛准则;
(4)TOEXE:执行单次优化计算;
(5)TOLOOP:批量执行多次优化分析计算。
说说TOEXE和TOLOOP之间的区别:TOEXE执行单次优化分析计算,其本身不执行结构分析过程,因此,在利用TOEXE命令执行优化计算之前,需要利用SOLVE或者LSSOLVE命令先执行结构静态分析计算;而TOLOOP是一个执行优化计算的宏命令,其中包含了SOLVE和LSSOLVE等命令,因此在上述代码片段中没有出现SOLVE或者LSSOLVE命令。就使用的便利性而言,利用TOLOOP命令可能更方便,但是利用TOEXE命令用户可以创建自己的优化宏命令,各有所长,主要是看用户如何使用这两个命令了。
相关命令:TOCOMP、TOVAR、TODEF、TOEXE、TOLOOP和简要说明。
(1)TOCOMP:定义结构优化任务目标。(如何理解COMPLIANCE:Compliance本意是一致性,统一性,在结构优化分析中,特别是对于多个载荷步,需要在多个载荷步之间取得一致性的结果,才能满足结构优化分析的目标)
……
……
/solution
Antype,modal
Finish
Tofreq,mfreq,reciprocal,3
Tovar,mfreq,obj
Tovar,volume,con,,50
Todef,1.0d-4
Toloop,20
……
……
说明:首先定义模态求解作为分析类型,之后利用tofreq设定频率优化作为优化任务,名称为mfreq(其中reciprocal表示多阶模态频率,本例中为前3阶模态),并利用命令tovar设定了体积减少50%作为优化的约束条件,之后设定优化的收敛准则,最后利用toloop命令执行最多20次优化迭代计算。在本例中,因为toloop是一个宏命令,所以并没有显式的使用modopt和mxpand命令,如果使用toexe命令,则用户必须显式的使用modopt和mxpand命令。

拓扑优化简介和在ansys软件中的实现33页PPT

拓扑优化简介和在ansys软件中的实现33页PPT


29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中,哪 里没有 法律, 那里就 没有自 由。— —洛克

30、风俗可以造就法律,也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊

31、只有永远躺在泥坑里的人,才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭,生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍,就是一下子不要学很多。——洛克
拓扑优化简介和在ansys软件中的实

26、我们像鹰一样,生来就是自由的 ,但是 为了生 存,我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子,然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索

27、法律如果不讲道理,即使延续时 间再长 ,也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•Hale Waihona Puke 28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯

ansys workbench拓扑优化实例

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。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

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。

注:在上述方程中,x 作为系统的状态变量,并不是独立的变量,它是由设计变量得出的,并且与设计变量相关。

优化拓扑所要进行的数学运算目标就是,求取合适的设计变量v ,并使得目标函数值最小。

5.2基于ANSYS 的优化拓扑的一般过程(进行内容排版修改)在ANSYS 中,进行优化拓扑,一般分为6个步骤。

具体流程见图5-1:图5-1 优化拓扑操作流程图各个步骤的具体操作解释如下:1、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0.1~0.4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。

2、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。

3、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。

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。

4、定义载荷步或者需要提取的频率对于结构优化而言,其总是在特定的载荷(或者载荷步),约束和目标下进行的,在优化分析的过程中,必须执行线性结构静态分析,才能获得需要的优化之后的形状。

在ANSYS中,可以对单步载荷或者多步载荷执行优化分析,当然,单步载荷是最简单的了。

然而,对于某个特定载荷步,必须使用LSWRITE载荷步存储命令将载荷步预存起来,再用LSSOLVE命令进行求解。

先看看下面的代码片段:…………D,10,all,0,,20,1Nsel,s,loc,y,0Sf,AllselLswrite,1Ddel,Sfdel,Nsel,s,loc,x,0,1D,all,all,0F,212,fx,Lswrite,2…………Lswrite,3…………Finish……Tocomp,mcomp,multiple,3Tovar,mcomp,objTovar,volume,con,,10TodefToloop,20…………说明:该代码片段首先定义了3个载荷步,并利用LSWRITE命令将载荷步预存;之后利用Tocomp命令定义优化任务目标名称mcomp,并将体积减少10%作为优化的约束条件,之后用Todef初始化优化过程,最后利用Toloop命令执行优化计算,最大计算次数20次。

相关命令:TOCOMP、TOV AR、TODEF、TOEXE、TOLOOP和简要说明。

(1)TOCOMP:定义结构优化任务目标。

(如何理解COMPLIANCE:Compliance本意是一致性,统一性,在结构优化分析中,特别是对于多个载荷步,需要在多个载荷步之间取得一致性的结果,才能满足结构优化分析的目标)(2)TOV AR:定义优化变量,可以是目标变量,也可以是约束变量等;(3)TODEF:定义优化的初始化条件或者收敛准则;(4)TOEXE:执行单次优化计算;(5)TOLOOP:批量执行多次优化分析计算。

对于TOEXE和TOLOOP之间的区别:TOEXE执行单次优化分析计算,其本身不执行结构分析过程,因此,在利用TOEXE命令执行优化计算之前,需要利用SOLVE或者LSSOLVE命令先执行结构静态分析计算;而TOLOOP是一个执行优化计算的宏命令,其中包含了SOLVE和LSSOLVE等命令,因此在上述代码片段中没有出现SOLVE或者LSSOLVE命令。

就使用的便利性而言,利用TOLOOP命令可能更方便,但是利用TOEXE命令用户可以创建自己的优化宏命令,各有所长,主要是看用户如何使用这两个命令了。

5.3副车架及纵梁优化模型的建立5.3.1创建参数化有限元模型对副车架及纵梁运用ANSYS进行优化拓扑需要创建有限元模型,我们选择构件有限元参数化模型时,根据研究对象的特性采用BEAN188梁单元作为基础的有限元模型,如图5-2所示。

图5-2 副车架纵梁优化拓扑模型创建优化拓扑有限元模型的基本流程为:1)初始化设计变量参数本章节是对副车架及纵梁进行优化拓扑,需要对其尺寸参数进行初始化。

而且其设计变量的参数就是车架纵梁的截面尺寸。

2)创建材料特性3)添加单元类型BEAM1884)创建单元的截面形状对于副车架纵梁的截面形状,在输入尺寸值时需要输入参数,而不是数值。

5)创建单元节点和单元6)定义弯曲边界条件在定义约束的时候,约束后桥在纵梁上的垂直投影节点的X、Y、Z三个方向的平动自由度,约束前桥在纵梁上的垂直投影节点的Y、Z两个方向的平动自由度。

这样,车架结构就相当于一个简支架结构,在前后支撑的中点位置上的纵梁节点上添加F=1000N的载荷,方向垂直向下。

7)将建立的参数化有限元模型数据进行保存。

5.3.2优化拓扑模型各项参数设定1.定义工作文件名和工作标题启动ANSYS,单击打开按钮,根据路径选择之前保存好的参数化有限元模型文件;选择Utility Menu>File>Change Jobname命令,出现Change Jobname对话框。

在文本框中输入要使用的文件名称EXERCISE,单击OK按钮关闭该对话框;选择Utility Menu>File>Change Title命令,出现Change Title对话框,在文本框中输入工作标题名称STRUCTURAL TOPOLOGICAL OPTIMIZATION,单击OK按钮关闭该对话框。

2.定义单元类型选择Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令,出现Element Types对话框;单击Add按钮,出现Library of Element Types对话框,在Library of Element Types列表中选择Structural Solid,Quad 4node82,在Element type reference number 文本框中输入1,单击Apply按钮,采用默认设置,单击OK按钮关闭该对话框。

3.定义材料性能参数选择Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models命令,出现Define Material Model Behavior对话框;在Material Models Available一栏中依次单击Structural、Linear、Elastic、Istropic选项,出现Linear Isotropic Propeties for Material Number 1对话框,在EX 文本框中输入2.2E11,在PRXY文本框中输入0.3,单击OK按钮关闭该对话框。

4.对创建的有限元模型进行优化网格划分选择Main Menu>Preprocessor>Mesheing>Mesh>Areas>Free命令,出现Mesh Areas菜单,在文本框中输入1,单击OK按钮关闭该菜单;选择Utility Menu>Select>Entities命令,出现Select Entities对话框,在第一个下拉选项框中选择Nodes,在第二个下拉选项框中选By Location,在第三栏中选择X coordinates,在Min,Max文本框中输入0,0.4,在第五栏中选择Form Full,单击OK按钮关闭该菜单;选择Utility Menu>Select>Entities命令,出现Select Entities对话框,在第一个下拉选项框中选择Elements,在第二个下拉选项框中选Attached to,在第三栏中选择Nodes,在第四栏中选择Form Full,单击OK按钮关闭该对话框;选择Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Default Attribs命令,出现Mesh Attributes对话框,在[TYPE] Element type number 文本框中输入2PLANE82,单击OK按钮关闭该对话框;选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Elements>Modefy Attrib命令,出现Modify Elem Attr菜单,单击Pick All按钮,出现Modify Elem Attributes对话框,在STLOC Attribute to change下拉选框中选择Elem type TYPE,在I1 New attribute number文本框中输入2,单击OK按钮关闭该对话框;选择Utility Menu>Select>Everything命令;选择Utility Menu>Plot>Elements命令,ANSYS显示窗口显示所生成的对有限元模型进行的网格划分模型。

相关文档
最新文档