OptiStruct结构优化技术的最新发展及应用
OptiStruct优化技术在汽车顶棚设计中的应用
OptiStruct优化技术在汽车顶棚设计中的应用作者：王宇强回凡1 引言汽车设计的轻量化已经成为了设计过程中必不可少的因素之一，并且贯穿在汽车设计的整个流程中。
车身的每一个部件，无论白车身还是汽车装饰部件都会有减重的要求。
带有天窗的汽车顶棚一般是在车型设计完成，甚至投产后才进行开发。
因此这种汽车顶棚的设计局限性更大。
既要考虑到天窗的外观与制造，又不能对车身刚度造成影响。
此外，还有对车顶棚的减重的要求。
设计难度十分大，采用原始的设计手段需要经过大量的测试才能完成设计，造成大量人力、物力的浪费。
通过仿真优化技术可以大大缩短设计周期，减少实验次数，同时在不牺牲车身刚度的前提下，达到质量的最小化。
本文通过有限元优化软件OptiStruct 的尺寸优化功能，对某车型全景天窗型车顶棚的优化过程进行了分析研究。
2 优化模型简介本款汽车顶棚的原始模型为封闭汽车顶棚，为了适应市场需要，提高产品竞争力，新式顶棚设计为全景天窗式顶棚。
本次优化设计的目标是以全景天窗式顶棚为基本模型进行优化，在不牺牲车辆结构刚度的前提下达到质量最小化的目的。
具体判断条件有两个：第一，顶棚总成的第一阶频率不低于基本模型；第二，整车模型扭转刚度不低于原始设计。
这两个条件也是优化设计的约束条件。
优化目标为质量最小。
由于整车模型规模较大，计算时间过长，所以整车模型扭转刚度不低于原始设计不适于作为优化的约束条件。
因此我们选用顶棚总成的第一阶频率作为约束条件。
综上所述，优化模型简化为顶棚总成及一部分白车身。
3 优化问题描述有限元优化模型包括结构件和天窗。
结构件材料为铁，天窗的材料为玻璃。
优化模型有几种备选材料：结构件可以选择铁、铝(Aluminum)、SMC 或LIF37；天窗材料可以选择玻璃或聚碳酸酯（Polycarbonate）。
因此可以得到8 种材料组合，如表1：Glass/ Steel 材料组合为原始模型，选用其他密度比较小的材料可以有效减轻质量，但是结构刚度也会相应收到影响。
OptiStruct优化技术在汽车行李箱盖设计中的应用
OptiStruct优化技术在汽车行李箱盖设计中的应用OptiStruct优化技术在汽车行李箱盖设计中的应用王彩霞钱银超和亚刚徐作文奇瑞汽车股份有限公司，芜湖，241009摘要：采用OptiStruct软件提供的优化工具，对某汽车行李箱盖进行结构优化。
采用自由尺寸与拓扑优化组合方式，得到该行李箱盖内板总成料厚和防震胶材料的最佳分布，并在此基础上设计出新的行李箱盖内板与铰链加强板结构。
与优化之前相比，此行李箱盖不仅重量更轻，而且在整体、局部刚度以及约束模态方面的性能有大幅提升。
实践证明，该方法可以在汽车开发初期为结构设计提供有效的指导。
关键词：自由尺寸优化；拓扑优化；行李箱盖1 前言随着经济与环境的压力逐渐增大，轻量化设计的思想在汽车行业的发展中日益凸显，尤其是占整车质量近40%的白车身更成为轻量化设计的先头兵。
但是沿用传统的开发流程，设计高性能和低重量的车身对汽车开发周期和成本是一个重大挑战，如今使用CAE结构优化技术则可以快速高效的完成这一使命。
文献2中韩旭等人使用HyperWorks软件对白车身结构件的料厚进行优化，使得白车身重量降低6%的同时，车身的弯曲、扭转刚度以及一阶扭转性能都有不同程度的提升。
本文以某汽车的行李箱盖设计为例，在汽车概念开发阶段使用HyperWorks旗下的优化工具—OptiStruct，采用拓扑优化和自由尺寸优化组合的方式对行李箱盖内板总成进行优化，确定了内板的结构以及铰链加强板的位置与大小，并据此优化结果设计出满足工艺的结构。
通过对比分析，该行李箱盖不仅刚度、模态较好，而且与同类车型相比，其质量也较有优势。
2 优化模型的建立2.1 优化设计的数学模优化设计以数学规划为理论基础，将设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学理论，以计算机和应用软件为工具，在充分考虑设计约束的前提下寻求满足预定目标的最佳设计。
优化问题可用如下的数学语言来表示：求一组设计变量向量x=〖[x1 x2… x n]〗T使得目标函数f(x)→min或f(x)→max同时需满足如下l个等式和m个不等式约束：h k(x)=0 ( k=1,2,…,l)g j (x)≤0 (j=1,2,…,m)2.2 自由尺寸与拓扑组合优化模型针对不同的目的，选择不同的设计变量，优化的侧重点也不同。
optistruct卡片定义
optistruct卡片定义摘要：1.OptiStruct 卡片的定义概述2.OptiStruct 卡片的主要功能和特点3.OptiStruct 卡片的应用领域和优势4.OptiStruct 卡片的未来发展前景正文：OptiStruct 卡片定义OptiStruct 卡片是一种用于结构优化的计算机程序卡片，其主要功能是通过对结构进行建模和分析，以最小化结构的重量或成本，同时保持其强度和性能。
OptiStruct 卡片通常由结构工程师使用，以设计出更轻，更坚固，更高效的结构。
OptiStruct 卡片的主要功能和特点OptiStruct 卡片的主要功能是进行结构优化，它可以通过改变结构的几何形状或材料来最小化结构的重量或成本。
OptiStruct 卡片具有以下特点：1.高效性：OptiStruct 卡片可以快速地对结构进行建模和分析，大大提高了工程师的工作效率。
2.灵活性：OptiStruct 卡片可以适应各种不同的结构设计需求，无论是简单的结构还是复杂的结构，都可以使用OptiStruct 卡片进行优化。
3.多功能性：OptiStruct 卡片不仅可以进行结构优化，还可以进行结构分析，以确保结构的强度和性能。
OptiStruct 卡片的应用领域和优势OptiStruct 卡片广泛应用于各种结构设计领域，包括建筑，航空航天，汽车，机械制造等。
其主要优势在于可以大大减轻结构的重量，提高结构的性能，降低结构的成本。
例如，在航空航天领域，OptiStruct 卡片可以帮助工程师设计出更轻，更坚固的飞机结构，从而提高飞机的燃油效率和性能。
在汽车领域，OptiStruct 卡片可以帮助工程师设计出更轻，更安全，更耐用的汽车结构，从而提高汽车的性能和安全性。
在未来，随着结构优化技术的不断发展，OptiStruct 卡片的应用领域将会更加广泛，其优势也将更加明显。
OptiStruct 卡片的未来发展前景随着计算机技术的不断发展，OptiStruct 卡片的未来发展前景非常广阔。
OptiStruct 推动商用飞机的减重——舱门支撑臂的设计优化
OptiStruct推动商用飞机的减重——舱门支撑臂的设计优化一、概述利用Optistruct的拓扑和形状优化技术，Eurocopter公司为Fairchild Dornier 728飞机开发了一种具有开拓性创新意义的支撑臂设计。
在整个产品设计流程过程中，Eurocopter公司采用结构优化设计技术，使得结构减重效果达到了20%。
二、客户背景Eurocopter公司是EADS（欧洲航空防务及航天公司）下属的全资子公司，EADS是全球三个最大的航天集团之一。
Eurocopter公司设计开发商用和军用直升机，同时参与欧洲空中客车(Airbus)所有机型的舱门和整流罩的开发。
三、挑战由于来自强势客户和业界本身竞争的压力，飞机制造商们正在积极地寻求方法来提高飞机结构的性能和功效。
为了满足项目工期和复杂的、甚至是苛刻的产品设计目标，Eurocopter要求采用分析驱动的设计流程，同时这个设计流程必须以优化设计为中心。
本案例着重讲述这个流程的一个成功应用——开发一种质量更轻的舱门支撑臂。
图1：带支撑臂的Fairchild Dornier 728舱门 图2：支撑臂初始设计四、解决方案Altair OptiStruct 拓扑优化技术最终被采用到Eurocopter 的设计流程中。
这项技术使得Eurocopter能够在考虑产品结构性能和设计目标的情况下，开发设计出满足工程要求的产品，从而改变了以往的先设计，校核，再修改这样一个不断反复的开发流程。
首先采用OptiStruct 拓扑优化获得初始的舱门控制臂设计方案，优化其在三种工况下的刚度，这三种工况分别是：门关闭时，紧急打开时和气阀撞击时。
同时，在优化过程中考虑了铸造拔模方向，以满足制造工艺上的要求。
接下来，在满足所有工况条件和最大许用应力水平的情况下，通过形状和尺寸优化方法来优化加强筋的尺寸大小，以达到进一步降低质量的目的。
图3：设计空间模型五、结果利用OptiStruct, Eurocopter 公司做到了在没有降低结构刚度的基础上，使得支撑臂减重效果达到了20%。
汽车cae技术及optistruct工程实践
汽车cae技术及optistruct工程实践随着科技的不断发展，计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，简称CAE）技术在汽车行业的应用越来越广泛。
CAE技术可以帮助工程师在设计阶段预测和优化汽车的性能、安全性和可靠性，从而降低研发成本，缩短研发周期。
其中，Optistruct是一款功能强大的结构优化软件，广泛应用于汽车行业的CAE 分析中。
本文将介绍汽车CAE技术的发展概况，以及Optistruct在汽车工程实践中的应用。
一、汽车CAE技术的发展概况汽车CAE技术起源于20世纪50年代，随着计算机技术的发展而逐渐成熟。
从最初的简单应力分析到现在的多物理场模拟和结构优化，汽车CAE技术经历了不断地发展和创新。
近年来，随着计算机硬件和软件的飞速进步，汽车CAE 技术得到了更加广泛的应用。
1. 多物理场模拟多物理场模拟是指在同一模型中考虑多个物理现象的过程。
在汽车工程中，多物理场模拟可以帮助工程师更好地理解汽车在各种工况下的性能。
例如，在进行汽车碰撞安全性能分析时，需要考虑结构动力学、热力学和流体动力学等多个物理现象。
通过多物理场模拟，工程师可以更加精确地预测汽车的碰撞性能，从而优化汽车的结构设计。
2. 结构优化结构优化是指在满足性能要求的前提下，通过调整结构的形状、尺寸和材料分布，使结构的重量轻或成本低。
在汽车工程中，结构优化可以显著降低汽车的重量，提高燃油经济性，同时还可以提高汽车的耐用性和安全性。
传统的结构优化方法通常需要大量的试验和迭代，而CAE技术可以通过计算机模拟快速找到优解，大大提高了优化效率。
二、Optistruct在汽车工程实践中的应用Optistruct是一款功能强大的结构优化软件，广泛应用于汽车行业的CAE分析中。
Optistruct具有丰富的计算功能和快捷的求解器，可以处理线性和非线性结构分析、结构优化和拓扑优化等多种问题。
1. 结构分析和优化Optistruct可以用于分析汽车的刚度、强度和稳定性等性能。
optistruct优化结构方法
optistruct优化结构方法OptiStruct优化结构方法OptiStruct是一种广泛应用于结构优化的工程分析软件。
它提供了一种有效的方式来优化结构设计，以满足特定的性能指标和约束条件。
OptiStruct基于有限元法和数值优化技术，可以在设计过程中自动寻找最佳的结构形状和尺寸。
结构优化是一种通过调整结构的形状、尺寸和材料来改善其性能的方法。
优化的目标可以是最小化结构的重量、最大化结构的刚度或最小化结构的应力等。
在过去，工程师们通常依靠经验和试错的方法来进行结构设计，这种方法效率低下且耗时长。
而OptiStruct的出现极大地提高了结构优化的效率和精度。
OptiStruct使用数值优化技术来解决结构优化问题。
数值优化是一种通过迭代计算来寻找最佳解决方案的方法。
在OptiStruct中，用户需要定义设计变量、目标函数和约束条件。
设计变量是用来描述结构的形状、尺寸和材料等参数，目标函数是用户希望优化的性能指标，约束条件是用户希望满足的限制条件。
OptiStruct会根据用户定义的问题进行计算，通过不断调整设计变量，最终找到最佳的结构解决方案。
OptiStruct支持多种优化方法，包括拓扑优化、尺寸优化和拼接优化等。
拓扑优化是一种通过改变结构的拓扑形状来优化结构性能的方法。
它可以自动去除不必要的材料，并将有限元模型重新分配材料，以实现结构的最佳性能。
尺寸优化是一种通过调整结构的尺寸来优化结构性能的方法。
它可以自动调整结构的尺寸，以实现最小的重量或最大的刚度等性能指标。
拼接优化是一种通过调整结构的连接方式来优化结构性能的方法。
它可以自动寻找最佳的连接方式，以实现最小的应力或最大的刚度等性能指标。
OptiStruct提供了用户友好的界面，使得结构优化变得简单而直观。
用户只需要按照软件的提示，逐步定义问题的参数和约束条件，OptiStruct会自动进行计算和优化。
同时，OptiStruct还提供了丰富的结果分析和可视化功能，方便用户对优化结果进行评估和验证。
optistruct
OptiStruct结构优化技术在航空产品设计中的应用作者：顾卫平刘小涛李刚摘要：本文应用有限元分析软件Altair HyperWorks结构优化工具OptiStruct对某航空产品支架进行拓扑优化分析，并结合其强大的前处理软件HyperMesh、后处理软件HyperView 以及通用数值分析软件RADIOSS对优化前后的产品进行静态分析，从应力、变形、重量等方面对计算结果进行比较、总结，说明优化创新设计工具OptiStruct在改善机械产品性能、提高设计工作效率方面具有非常重要的作用。
这篇文章对于航空产品设计及优化具有借鉴意义。
1 概述以有限元法为基础的结构优化设计工具已经被广泛而深入地应用到各行各业，在航空航天、汽车、机械等领域取得了大量革命性的成功应用。
尤其对于航空产品，重量是衡量产品性能一个非常重要的指标。
为了提高航空器作战时的机动性与灵活性，提高其负载能力，如何得到质量轻而性能更佳的产品非常值得研究。
本文首先对某航空产品支架进行静态分析，在此基础上完成了Topology优化分析，根据优化分析结果，应用三维建模软件CATIA对原结构进行修改，最后，对改进后的结构进行静态分析。
结果表明，应用OptiStruct结构优化技术，不仅能够极大地降低产品的重量，而且对于改善产品的力学性能也具有积极的促进作用。
2 优化前支架静态分析2.1 有限元模型支架几何模型如图1所示。
采用四面体单元Tet4对几何模型进行网格划分，取单元尺寸为4mm。
其中，根据初次分析结果，对支架上应力较大部位进行网格细化，取单元尺寸为2mm。
整个模型的单元数为300746，节点数为36132，有限元模型如图2所示。
图1 几何模型图2 有限元模型2.2 材料参数支架采用的材料为铝材，材料的性能参数如表1所示。
表1 材料参数2.3 约束与载荷根据支架实际工作情况，对支架两端的圆柱孔施加固定约束，限制其三个平动位移为零；支架所受载荷如表2所示。
OptiStruct拓扑优化技术在飞机结构设计中的应用
OptiStruct拓扑优化技术在飞机结构设计中的应用Application of Topology Optimization Technology OptiStruct in Designing of the Aircraft Structure郭琦(中航飞机西安飞机分公司，陕西西安，710089)【摘要】随着优化技术在飞机结构设计中的深入应用，传统的结构设计方法已发生了改变。
本文介绍了优化技术的设计理论和方法，运用有限元分析和优化工具OptiStruct对飞机某结构接头进行拓扑优化分析，并验证其强度和刚度都满足设计要求。
说明拓扑优化能在产品概念设计阶段寻求最佳的设计方案，对缩短产品设计研发周期和提高产品质量有着重要的意义。
关键词：有限元分析拓扑优化 OptiStruct 结构分析Abstract:w ith the further application of optimization technique in designing of the aircraft structure, the structure design method of traditional already change. This paper introduces the design theory and method of optimization Technology, use of the finite element analysis and optimization tool OptiStruct to topology optimization of a certain connector structure, and verify its strength and stiffness meet the design requirements. Explain the topology optimization is helpful to seek the best design scheme in the conceptual phase of products, and have important significance for reduce the product design cycle and improve the quality of products.Key words: Finite element analysis, Topology optimization, OptiStruct, Structure optimization1引言结构优化技术是当前CAE技术发展的一个热点，其已被广泛应用到各工业领域[1]。
39OptiStruct在汽车车架优化设计中的应用--王得天
OptiStruct在汽车车架优化设计中的应用王得天王成龙上海汇众汽车制造有限公司OptiStruct 软件在汽车车架优化设计中的应用OptiStruct Application in Optimization Design ofAutomotive Cradle王得天王成龙(上海汇众汽车制造有限公司研究开发中心计算机应用研究室)摘要：结构优化技术作为计算机辅助工程（CAE）的高端技术，在产品开发初期就参与到产品设计中，用仿真去驱动产品的设计，不但缩短产品设计周期，还减少生产成本。
本文利用优秀的优化软件Altair OptiStruct，对某车型的车架进行优化设计，完成从初始设计到优化出车架的基本形状的设计流程.关键词：计算机辅助工程（CAE），优化设计，仿真，车架Abstract As the top technology of Compute Assistant Engineering(CAE), structural optimization technology takes part in the product design in the early product design. Numerical Simulation drives the product design, which not only reduces the cycles of product design, but also decreases the producing costs. This paper introduces an optimization design for a cradle with good optimization software of Altair OptiStruct, completing a design process from original design to final cradle shape.Key words:Compute Assistant Engineering(CAE)，optimization design，simulation，cradle1 概述车架，是汽车底盘重要安全件，是非承载式车身汽车的基础。
OptiStruct在汽车副车架优化中的应用
OptiStruct在某车型后副车架结构优化设计中的应用秦东杰扶原放胡世根北京汽车研究总院有限公司CAE及性能部摘要：计算机辅助工程（CAE）技术正在变得越来越成熟，在产品开发中发挥的作用越来越大，CAE技术已经从原来的仅仅用作校核逐渐发展到能够为项目和产品开发提出方案。
拓扑优化技术的出现使得方案的提出更少的依赖于经验。
本文利用Altair OptiStruct软件，对某车型的后副车架进行优化设计，所用的方法是尺寸优化和形状优化，达到了减重的目的，而产品的性能又没有变差。
关键词：尺寸优化，形状优化，副车架，OptiStruct1 前言随着汽车工业的快速发展及日益突出的能源问题，对汽车设计提出的新要求是降低其制造成本及提高整车燃油效率，因此对机械结构和零部件进行优化设计具有重要意义。
汽车零部件结构优化设计是指在不影响零部件的强度和性能的基础上，通过设计质量轻的产品达到降低汽车制造成本的目的。
结构优化通常分为尺寸优化、形状优化、拓扑优化和结构类型优化。
其中尺寸优化和形状优化技术已经比较成熟，在产品更新换代以及逆向设计中对于减重能够做出突出贡献，而且由于尺寸优化和形状优化本身的特点，对于缩短产品开发的周期贡献很大。
Altair OptiStruct是很优秀的结构优化软件，是由美国Altair Engineering Inc公司开发的结构优化软件，在国际上处于领先地位，目前已被广泛应用于汽车、航空、机械制造、加工工业等众多领域。
OptiStruct的拓扑优化、尺寸优化、形状优化和形貌优化技术可以覆盖产品开发的整个阶段。
北汽在开发某款车时，由于车辆的整备质量比基础车型减小，对后副车架提出了减重要求。
本文应用OptiStruct对某副车架进行尺寸和形状优化，最后减重2.8公斤，达到减重要求。
2 分析输入对该车型后副车架进行有限元建模，模型如下图：其中节点数：16340单元数：15371质量：21.84kg3 工况选择为模拟工况，建立该车型后悬架系统，如图：载荷工况：来自车轮冲击载荷（3-2-1工况）和中心传动轴的反向最大扭矩。
基于Optistruct的整车试验台架结构优化设计
基于Optistruct的整车试验台架结构优化设计Optistruct是一款强大的有限元分析软件，它能够对复杂结构进行多学科的仿真分析和优化设计。
在整车试验台架的设计中，Optistruct能够发挥重要作用，实现结构的优化设计和性能的提升。
整车试验台架是用于进行整车性能测试和评估的设备，它通常由底盘、驱动系统、控制系统、测量系统和数据采集系统等组成。
在设计整车试验台架时，需要考虑到各种因素，如载荷、振动、冲击、热量等。
为了提高整车试验台架的性能，需要进行结构优化设计，以增加强度、减少重量、降低成本等。
Optistruct作为一款专业的有限元分析软件，能够对整车试验台架的结构进行分析和优化。
在进行结构分析前，需要建立整车试验台架的有限元模型，包括设计、CAD和网格划分等操作。
具体分析步骤包括：载荷分析、应力分析、变形分析、自然频率分析、疲劳分析等。
Optistruct还能够进行材料优化和拓扑优化等设计，以提高整车试验台架的性能。
通过在有限元模型中加入材料属性信息，软件可以实现材料的选择和优化，这有助于提高整车试验台架的强度和刚度。
拓扑优化则可以帮助设计师找到最佳的结构形态，以实现结构的轻量化和材料的节约。
经过优化设计后，整车试验台架的结构可以更加合理和优化，以提高性能和降低成本。
Optistruct作为全球领先的有限元分析软件之一，已经广泛应用于机械、航空、汽车等领域的结构优化设计。
在整车试验台架的设计中，Optistruct的应用可以实现结构的优化，提高性能和经济效益，是整车试验台架设计中的重要工具。
在整车试验台架的设计中，Optistruct不仅可以对整车试验台架的主体结构进行分析和优化，还可以对各个子系统进行优化设计。
例如，可以对底盘、驱动系统、控制系统、测量系统和数据采集系统等进行拓扑优化，从而实现结构的轻量化和优化。
此外，Optistruct还支持多学科优化，可以将不同学科的设计目标和约束条件结合起来，实现全面的设计优化。
52OptiStruct在汽车零部件优化设计中的应用--孙国兵
OptiStruct在汽车零部件优化设计中的应用孙国兵东风汽车有限公司东风商用车技术中心OptiStruct在汽车零部件优化设计中的应用OptiStruct Application in Optimization Design ofAuto Parts孙国兵(东风汽车有限公司东风商用车技术中心)摘要: 本文主要阐述如何利用HyperWorks软件的OptiStruct模块对汽车零部件进行结构优化设计。
以某油箱前支架优化为案例，介绍了拓扑优化和尺寸优化相结合进行零部件优化的方法，并提出了“强度计算-优化-改进-再优化-强度校核”优化思路。
经过结构优化后，油箱支架的重量降低了71.5%，而静强度提高了，大大提高了产品的性能，降低了产品成本。
优化后的结构在道路试验中未发生损坏，完全满足设计要求。
关键词:拓扑优化尺寸优化优化思路有限元分析Abstract:Hyperworks in Altair, a soft of structure optimization, is used to optimize the structure of auto parts. This paper illustrate the application of OptiStruct in Optimization Design of Auto Parts. Through taking a vehicle gasoline tank bracket as an example, it emphasizes the instruction methods and functions of topological optimization design and dimension optimization in structure design of auto parts. The “stress validation-OptiStruct-refine-OptiStruct-stress validation”solution is proposed. Trough OptiStruct optimization ,the weight of the gasoline tank bracket is reduced about 71.5%，and Intensity is increased, the performance of product is improved, the cost is reduced, and our optimal structure is not destroyed in the Road Test.Key words: topology optimization，size optimization，optimum method，FEA1 概述随着汽车零部件市场竞争的日趋激烈，以往在零部件设计中，为了提高强度将零部件设计的大而重的方法越来越不可行，他不但严重浪费了材料，并且由于设计的不合理，常常导致零部件发生结构性损坏。
OptiStruct在超高层建筑结构优化中的应用
OptiStruct在超高层建筑结构优化中的应用OptiStruct在超高层建筑结构优化中的应用曹倩侯胜利汪洋奥雅纳工程咨询（上海）有限公司深圳分公司深圳518048摘要：在复杂超高层结构设计中，利用OptiStruct的优化功能，可针对设计的不同需求对结构构件尺寸进行优化，并根据灵敏度分析的结果评估各设计变量对目标函数的敏感度。
本文以两个超高层项目的结构优化为例，分别介绍了OptiStruct在结构刚度优化，造价优化和周期优化上的应用。
关键词：OptiStruct，超高层结构，刚度优化，造价优化，周期优化0概述在超高层建筑的设计初期，结构形式已经根据建筑功能和结构概念初步确定。
在满足建筑功能和结构性能的前提下，工程师主要借助尺寸优化针对结构某些重要特性进行优化。
但是超高层结构往往构件种类和数量繁多，结构体系和传力路径复杂，仅凭借工程师的经验和结构概念对结构进行优化，效率和结果往往难以达到最优。
借助HyperWorks-OptiStruct的优化功能，工程师可以在项目的不同阶段根据不同需求，对结构进行快速有效的优化。
1优化流程介绍结构模型可通过软件接口转至HyperWorks 的前处理程序HyperMesh，对模型进行网格划分；再通过OptiStruct进行优化求解；配合后处理程序HyperView进行结果的查看。
优化分析采用OptiStruct软件，导入现有结构模型数据后，将主要构件的横截面尺寸作为基本变量，根据建筑功能要求和结构构造要求确定变量的上限和下限值，并建立必要的约束条件和目标函数。
通过软件内嵌的优化算法进行优化计算，使得项目模型在各约束条件的情况下，得到满足目标函数的各变量数值。
流程示意如下图所示。
图1 优化流程示意2刚度和造价优化在高层建筑侧向荷载控制的情况下，如何保证结构侧向刚度即控制层间位移角是设计中非常关注的问题。
若以刚度为优化目标，应力等其他结构条件为约束，可以得到刚度最大目标下所有尺寸变量数值的组合结果。
optistruct解耦率计算
optistruct解耦率计算
标题，Optistruct解耦率计算，在结构优化中的应用。
在工程设计和优化过程中，解耦率是一个重要的参数，用于评
估结构的稳定性和性能。
Optistruct是一种常用的结构优化软件，
它提供了强大的解耦率计算功能，可以帮助工程师分析和改进设计
方案。
本文将介绍Optistruct解耦率计算的基本原理和在结构优化
中的应用。
解耦率是指结构中不同部分之间的相互影响程度。
在结构设计中，我们通常希望不同的部件能够相互独立地工作，而不会相互干
扰或影响彼此的性能。
因此，解耦率的计算对于评估结构的稳定性
和性能至关重要。
Optistruct是一种基于有限元分析的结构优化软件，它可以对
结构进行详细的有限元分析，并提供了丰富的优化算法和工具。
在Optistruct中，解耦率计算可以通过有限元分析和模态分析来实现。
通过分析结构的模态频率和振型，可以得到结构的解耦率，并进一
步评估结构的稳定性和性能。
在结构优化中，解耦率计算可以帮助工程师分析结构中不同部
件之间的相互影响，找到潜在的问题并改进设计方案。
通过优化结
构的几何形状、材料属性和约束条件，可以有效地提高结构的解耦率，从而改善结构的性能和稳定性。
总之，Optistruct解耦率计算是一个强大的工具，可以帮助工
程师分析和优化结构设计。
通过深入理解解耦率的计算原理和应用，工程师可以更好地改进结构设计，提高结构的性能和稳定性，从而
实现更加可靠和高效的工程设计。
optistruct卡片定义
optistruct卡片定义摘要：1.OptiStruct 卡片概述2.OptiStruct 卡片的功能3.OptiStruct 卡片的优点4.OptiStruct 卡片的应用场景5.OptiStruct 卡片的未来发展正文：【OptiStruct 卡片概述】OptiStruct 卡片是一种先进的结构优化技术，它通过数学建模和算法优化，帮助用户在设计过程中找到最优的结构方案。
这种卡片主要应用于工程领域，如建筑、机械、航空航天等，目的是提高设计的效率和降低成本。
【OptiStruct 卡片的功能】OptiStruct 卡片具有以下主要功能：1.建立数学模型：根据用户提供的设计参数，OptiStruct 卡片可以建立相应的数学模型，以便进行后续的计算和优化。
2.优化算法：卡片内置了多种优化算法，可以根据不同的问题特点选择最合适的算法，从而在较短的时间内找到最优解。
3.结果可视化：OptiStruct 卡片可以将优化结果以直观的可视化形式展示给用户，方便用户对设计方案进行评估和调整。
【OptiStruct 卡片的优点】OptiStruct 卡片具有以下优点：1.提高设计效率：通过自动化的数学建模和优化过程，OptiStruct 卡片可以大大缩短设计周期，提高设计效率。
2.降低成本：OptiStruct 卡片可以帮助用户找到最优的结构方案，从而降低材料成本和制造成本。
3.精确度高：OptiStruct 卡片采用了先进的优化算法，可以确保找到的解具有较高的精确度。
【OptiStruct 卡片的应用场景】OptiStruct 卡片在以下场景中具有广泛的应用：1.建筑结构设计：在高层建筑、桥梁、隧道等工程设计中，OptiStruct 卡片可以帮助工程师找到最优的结构方案，提高安全性和经济性。
2.机械设备设计：在机床、汽车、飞机等机械设备的设计过程中，OptiStruct 卡片可以优化结构设计，提高设备的性能和寿命。
基于Optistruct拓扑优化的应用研究的开题报告
基于Optistruct拓扑优化的应用研究的开题报告一、研究背景及意义：随着现代工业领域的快速发展，设计复杂度和工程制造难度不断增加。
如何减少工程设计成本、优化工程性能、缩短产品设计周期，成为工业制造企业面临的严峻问题。
结构优化是一种应用广泛的工程设计方法，通过传统优化方法（如基因算法、遗传算法、蚁群算法等）可寻找到局部最优解，不足以满足复杂工程优化的要求，该领域不断涌现新的优化技术，其中拓扑优化是近年来比较热门的优化方法。
拓扑优化是一种基于材料在空间内分布的优化方法，可以通过减少材料的使用量来优化物体的设计，用于减轻结构重量和提高结构刚度，增加产品的使用寿命，同时减少产品的成本。
其中Optistruct是拓扑优化领域内权威的优化软件之一，它提供了基于拓扑优化的多种方法，包括有限元和数据驱动的优化算法，为工业制造企业提供了一种高效的结构优化设计方案。
因此，对于Optistruct拓扑优化的应用研究，具有重要的理论和实际意义。
二、研究内容：本研究将以Optistruct拓扑优化为研究对象，探究其在复杂工程结构设计中的应用，主要包括以下方面：1、Optistruct拓扑优化的原理及优化算法：研究Optistruct拓扑优化的原理，掌握其基本优化算法，提高基本优化算法的运用水平。
2、结构拓扑优化的算法研究：了解当前主流的结构拓扑优化算法，对各种算法进行梳理分析，提取出优点和不足，并进行算法改进。
3、Optistruct拓扑优化在复杂工程设计中的应用研究：以飞机翼、汽车车身和发动机等复杂工程结构为研究对象，探究Optistruct拓扑优化在复杂工程结构设计中的应用，验证其实用性和有效性。
三、研究计划及预期成果：1、研究计划：第一年：研究Optistruct拓扑优化的基本原理和算法，并进行算法改进。
第二年：以复杂工程结构为研究对象，探究Optistruct拓扑优化在复杂工程设计中的应用。
第三年：完成研究报告撰写和论文发表。
optistruct复合材料优化算法 -回复
optistruct复合材料优化算法-回复Optistruct是一种功能强大的有限元分析软件，广泛应用于复合材料结构的优化设计。
复合材料由不同种类的材料组合而成，其特点是强度高、重量轻、抗腐蚀性好等。
然而，复合材料的优化设计是一项复杂的任务，要考虑到材料的性能、成本、可制造性等因素。
Optistruct提供了一种高效的优化算法，可以帮助工程师在优化设计过程中充分发挥复合材料的优点。
在进行复合材料的优化设计时，第一步是确定设计目标。
这可能包括提高结构的强度、降低重量、最大限度地利用材料、降低制造成本等。
Optistruct提供了多种优化目标函数，并允许将多个目标同时考虑。
接下来，需要确定设计自由度，也就是影响结构性能的设计变量。
这些变量可以是材料的层厚度、纤维方向、接触面的大小等等。
Optistruct允许在优化过程中对这些设计变量进行调整。
然后，需要定义材料的性能。
这些性能可以是强度、刚度、损伤容限等。
Optistruct提供了多种材料性能模型，可以根据不同的材料类型进行选择。
同时，它还允许用户定义自定义的材料性能模型，以满足特定需求。
在确定了设计目标、设计自由度和材料性能后，下一步是建立有限元模型。
这需要将复合材料的几何形状、边界条件等信息输入到Optistruct中。
Optistruct支持多种CAD格式，可以读取主流的CAD软件生成的模型。
然后，用户需要为模型定义材料性质、单元类型等。
完成有限元模型的建立后，接下来是优化计算。
Optistruct提供了多种优化算法，包括拓扑优化、尺寸优化、材料优化等。
其中，拓扑优化是一种常用的优化方法，其目标是确定材料的最佳分布。
Optistruct通过对设计自由度进行迭代调整，逐步优化材料的分布，最终得到最优的解。
优化计算完成后，用户可以通过Optistruct提供的结果分析功能对优化结果进行分析。
这些功能包括应力分布、位移分析、疲劳寿命预测等。
通过这些分析，用户可以评估设计的性能，并对结果进行必要的调整。
OptiStruct优化的一些经验
分享一下自己使用OptiStruct优化的经验。
工作以结构分析为主。
从两年前开始使用Optisturct优化的功能并不断推广，现在优化用得非常普遍。
不管是什么问题，一般都会想到用优化的手段来解决，感觉大部分问题解决起来比以前容易得多了。
目前比较成功的应用有车身钣金厚度优化、架构开发车身拓扑优化、悬置支架、加强筋布置、接头优化等方面。
Optisturct提供的拓扑、形貌、尺寸、自由尺寸、形状优化等功能都用过，个人感觉自从使用Optisturct优化功能后，不管是大结构还是小结构甚至是系统级的结构，在项目诸多限制下（特别是空间限制和重量限制，还有制造方面）提高模态、刚度、耐久性达到指标还是相当容易的。
Optisturct优化功能很强，主要得益于现代优化技术的发展。
目前尺寸优化已经非常成熟了，但拓扑优化还有待发展。
现在拓扑优化与有限元结合在工程中的应用还不是很广泛，甚至有些人对拓扑优化持怀疑态度，这里谈一下我自己的看法。
拓扑优化所使用的算法还是传统的优化算法，比如Optistruct使用可行方向法；Genesis有三个可选：可行方向法、序列线性规划、序列二次规划。
算法本身是无可挑剔的，但算法的特性和拓扑优化对工程问题的处理决定了拓扑优化无法避免的缺陷。
拓扑本来的含义是1或0，即有或没有，但目前所采用的算法要求函数连续可导，所以现在拓扑优化多采用的办法是将材料的密度设置为0~1之间连续的函数并映射为单元的刚度。
如果抛开计算速度不讲，拓扑优化在工程应用中的局限主要体现在对形状的控制和对材料的收束程度上。
拓扑优化的结果都是一些杆梁结构，对于铸件来说很适用，但对于钣金件来说是致命的，因为工程制造很难按照拓扑优化的结果用冲压件拼出那样的结构。
虽然软件提供了各种制造约束，象尺寸约束、对称约束、拔模和挤出方向等，但有些功能对于概念设计来说大部分并不适用。
拓扑优化结果中会出现很多中间密度的单元，可以用ISO面屏蔽掉一些低密度区域，但保留的部分必须经过再验证，因为有时候保留的部分并不能达到预期的目标，这也是有人认为拓扑优化找不到最优解的原因。
Altair Optistruct优化技术
Altair OptiStruct优化技术Optistruct是一款优秀的结构有限元分析和优化求解器，支持几乎所有的隐式分析功能，包括线性和非线性静力分析、模态分析、频响分析、随机振动分析、瞬态响应分析、屈曲分析以及疲劳分析。
与其他隐式求解器相比，Optistruct最大的优势在于其全面的优化技术。
一、Optistruct优化方法Optistruct具备六种基本优化方法，分别是拓扑优化、形貌优化、尺寸优化、自由尺寸优化、形状优化和自由形状优化，是业界能力最强的有限元优化工具。
拓扑优化（topology）拓扑优化是一种被广泛应用的基础优化技术，其优化的设计变量是单元密度，并且最终单元密度的优化结果只有0和1两个离散取值。
但是HyperView的后处理技术提供一个阀值，让用户最终决定单元是删除还是保留。
形貌优化（toporaphy）形貌优化是一种专用于壳单元的结构优化方法，通过在壳单元上起筋的方式来提高壳体的结构刚度，因此形貌优化在一些软件中也被称为筋优化。
尺寸优化现在也称参数优化，是将有限元模型中材料属性、单元属性和载荷属性进行参数化后寻求最优结果的方法。
原先OPT尺寸优化只支持壳单元厚度优化、梁单元截面尺寸优化，现在已扩展到支持材料属性、载荷属性多种参数，因此现在的参数优化叫法也更加准确。
自由尺寸优化（Free size）自由尺寸优化是针对壳单元的一种密度优化方法，与壳单元的拓扑优化类似。
不同之处在于，自由尺寸优化可以得到厚度连续变化的壳单元结果。
这一优化技术主要用于确定复合材料的厚度，因为目前主要只有复合材料铺层工艺会关心壳体不同位置的厚度，其它常规工艺，如冷成型，其零件厚度基本由坯料厚度决定，对其做自由尺寸优化意义不大。
此外，Optistruct还提供Composite size和Composite shuffle两种专用于复合材料的优化方法，可对复合材料每个铺层的厚度和方向进行优化。
Optistruct的形状优化依托HyperMorph强大的网格变形功能，其原理是先对网格进行变形得到变形体，对其保存并定义成形状变量，优化的过程是在原始体与变形体之间寻找最优的变形方案，变形体相当于单元变形的边界约束。
OptiStruct结构优化技术的最新发展及应用
OptiStruct结构优化技术的最新发展及应用作者：洪清泉曾神昌张攀摘要：结构优化技术近年来在学术研究和商业软件开发方面都是一个热点，特别是美国Altair 公司的OptiStruct结构优化软件，领先却仍不断进取，其优化能力从静态发展到动态，从线性发展到非线性，从金属发展到复合材料，其应用领域从传统的汽车行业发展到航空、船舶、电子、建筑等行业，为工业界提供了强大的创新及轻量化设计工具，取得了大量工程成果。
关键字：结构优化，动态优化，非线性优化，复合材料优化，Altair，OptiStruct1 概述结构优化技术是当前CAE技术发展的一个热点，在学术研究领域，变密度法、均匀化法、水平集法以及各种准则法等百家争鸣。
相关商业软件的开发也很快，比较知名的有美国Altair 公司的OptiStruct，德国FE-DESIGN公司的Tosca，日本Quint公司的OptiShape，以及美国MSC公司的Nastran等。
结构优化技术在工业界的应用也逐渐成熟。
从行业角度来讲，从早期的汽车零部件轻量化设计和飞机机身机翼的板、杆、梁及蒙皮尺寸优化，迅速发展到汽车、飞机和船舶的结构布局优化，电子产品的结构件及连接优化，建筑物和土木工程的结构布置等。
从性能的角度来讲，早期主要是考虑金属零部件的线性静态和模态性能指标，如应力、应变、位移、频率等，现在已经拓展到金属和复合材料零部件的振动噪声性能、碰撞安全性能、疲劳性能、动态激励下的性能等。
下面以Altair OptiStuct为例介绍结构优化方法、功能及应用。
2 OptiStruct软件介绍OptiStruct是美国Altair公司的旗舰产品，是一个面向产品设计、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，提供最全面的优化方法。
OptiStruct采用密度法（SIMP）求解拓扑优化问题，基于数学规划法的优化框架，是目前公认最为稳健高效的方法，能够解决绝大多数工程问题。
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OptiStruct结构优化技术的最新发展及应用
作者：洪清泉曾神昌张攀
摘要：结构优化技术近年来在学术研究和商业软件开发方面都是一个热点，特别是美国Altair 公司的OptiStruct结构优化软件，领先却仍不断进取，其优化能力从静态发展到动态，从线性发展到非线性，从金属发展到复合材料，其应用领域从传统的汽车行业发展到航空、船舶、电子、建筑等行业，为工业界提供了强大的创新及轻量化设计工具，取得了大量工程成果。
关键字：结构优化，动态优化，非线性优化，复合材料优化，Altair，OptiStruct
1 概述
结构优化技术是当前CAE技术发展的一个热点，在学术研究领域，变密度法、均匀化法、水平集法以及各种准则法等百家争鸣。
相关商业软件的开发也很快，比较知名的有美国Altair 公司的OptiStruct，德国FE-DESIGN公司的Tosca，日本Quint公司的OptiShape，以及美国MSC公司的Nastran等。
结构优化技术在工业界的应用也逐渐成熟。
从行业角度来讲，从早期的汽车零部件轻量化设计和飞机机身机翼的板、杆、梁及蒙皮尺寸优化，迅速发展到汽车、飞机和船舶的结构布局优化，电子产品的结构件及连接优化，建筑物和土木工程的结构布置等。
从性能的角度来讲，早期主要是考虑金属零部件的线性静态和模态性能指标，如应力、应变、位移、频率等，现在已经拓展到金属和复合材料零部件的振动噪声性能、碰撞安全性能、疲劳性能、动态激励下的性能等。
下面以Altair OptiStuct为例介绍结构优化方法、功能及应用。
2 OptiStruct软件介绍
OptiStruct是美国Altair公司的旗舰产品，是一个面向产品设计、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，提供最全面的优化方法。
OptiStruct采用密度法（SIMP）求解拓扑优化问题，基于数学规划法的优化框架，是目前公认最为稳健高效的方法，能够解决绝大多数工程问题。
通过对中间密度单元进行惩罚，考虑各种加工制造约束，采用自适应步长及约束屏蔽等技术，确保工程师快速得到具有工程意义的优化结果。
OptiStruct的优化求解流程如图1所示：
图1 OptiStruct的优化求解流程
OptiStruct支持全面的优化类型，包括概念设计阶段的拓扑优化，形貌优化和自由尺寸优化，以及详细设计阶段的尺寸优化，形状优化和自由形状优化，如表1所示。
表1 OptiStruct支持的优化类型
3 OptiStruct结构优化技术的最新发展
经过十多年的发展，OptiStruct已经可以解决各种复杂的结构优化问题，将各种产品性能响应，例如质量，体积，质量比，体积比、质心位置，惯量分布，应变能，位移，应力，应变，模态频率，屈曲因子，温度分布，疲劳损伤，NVH性能，碰撞安全性能，机构运动、用户自定义函数及外部函数等作为目标或者约束。
下面介绍几种最新的优化能力。
3.1 NVH性能优化
OptiStruct本身支持频响分析、瞬态分析、声腔分析和随机振动分析等NVH分析类型，并可以对这些分析的结果，例如频响分析的位移，速度，加速度，应力，应变，声腔指定位置的声压值，随机激励下的结构位移，速度，加速度的功率谱密度函数和均方根值加以优化，达到减震、降噪、减重的效果。
图2 OptiStruct优化阻尼涂层在驾驶室的分布以降低车内噪声水平
图3 OptiStuct优化卫星壳体加强筋以降低随机激励下的振动加速度
3.2 碰撞性能优化
OptiStruct通过文件格式转换并调用Radioss求解器，从而支持显式非线性分析，可以定义各种材料属性，接触类型及边界条件，并且把节点位移及接触力作为性能响应，对碰撞、压溃、跌落等过程中关心的性能进行优化。
图3 OptiStruct优化保险杠截面形状以减少碰撞时后侵位移
3.3 运动机构零部件优化
对运动机构的零部件进行优化，传统的方法是进行多体动力学仿真并手工提取载荷，施加到零部件上进行近似的静力优化。
OptiStruct集成了等效静态载荷法（ESL），可以自动将运动过程中的动态载荷时间历程，等效成各时刻的静态载荷并自动施加在零部件上作为优化载荷，并可以考虑由于结构变化带来的载荷变化，提供了一种快速精确的运动机构零部件优化方法。
图4 OptiStruct采用ESL方法对挖掘机工作臂进行拓扑优化
3.4 复合材料优化
OptiStruct能够对复合材料结构进行拓扑优化设计，找到最佳的结构样式，然后进行具体铺层的角度、层数，裁剪形状和次序的优化设计，可以将复合材料制造过程的各种工艺要求，复合材料的各种性能要求和失效模式作为优化约束，是目前最先进的复合材料优化技术，已经被波音和空客所采用。
图5 OptiStruct对复合材料机翼翼面进行铺层形状、层数和次序的优化
4 OptiStruct的行业应用
OptiStruct自从1994年发布以来，迅速被应用于汽车行业，几乎所有的知名汽车厂家都在使用OptiStruct进行的零部件轻量化设计和创新设计，取得了大量工程成果。
图6 OptiStruct用于汽车铸件拓扑优化和冲压件形貌优化
图7 OptiStruct用于车体拓扑优化和白车身尺寸优化
近年来，OptiStruct逐渐在航空航天，船舶，电子，建筑等行业得到应用。
目前世界上正在研发的绝大多数飞机，都采用OptiStruct进行结构减重和性能优化。
部分船舶和电子产品，建筑设计等也开始采用OptiStruct结构优化技术。
图8 OptiStruct进行飞机后机身、襟翼支臂和前沿翼肋优化
图9 OptiStruct进行硬盘指针及电子设备焊点优化
图10 OptiStruct进行船体结构优化设计
图11 OptiStruct进行摩天大楼及体育场结构优化设计
5 结束语
结构优化技术已经逐渐发展成熟，并且在工业界得到广泛应用。
Altair OptiStruct是目前公认最强大的商用结构优化软件，提供了动态优化、非线性优化和复合材料优化等先进技术，为汽车、航空航天、船舶、电子及建筑等行业提供了强大的创新及轻量化设计工具。
6 参考文献
[1] Altair公司. Altair HyperWorks在线帮助. 2009
[2] Altair公司. HyperWorks技术大会论文集. 2007-2009
作者简介
洪清泉，男，硕士，Altair公司技术支持经理，优化应用专家。
北京理工大学车辆工程专业毕业，曾工作于上海飞机设计研究所，在汽车和飞机结构分析和优化方面具有丰富经验。
联系邮箱support@，联系电话21－61171666。
曾神昌，男，硕士，Altair公司高级工程师，有限元技术应用专家。
北京航空航天大学固体力学系毕业，在汽车及电子行业的有限元技术应用方面有丰富经验。
联系邮箱
support@，联系电话21－61171666。
张攀，男，硕士，Altair公司技术支持工程师，重庆理工大学车辆工程系毕业，具有丰富的HyperWorks使用经验。
联系邮箱support@，联系电话21－61171666。
(end)。