Optistruct优化结构设计实例
基于OptiStruct汽车控制臂的拓扑优化设计
基于OptiStruct汽车控制臂的拓扑优化设计Topology Optimization Design for Vehicle Control ArmBased on OptiStruct金莹莹麦格纳斯太尔汽车技术（上海）有限公司上海 201807摘 要：本文基于OptiStruct软件对某汽车控制臂进行了拓扑优化设计，并分别对比了优化前后结构的应力和位移。
结果表明，通过OptiStruct软件进行的拓扑优化设计满足结构的要求，并实现了轻量化的性能需求，体现了拓扑优化技术的工程价值。
关键词： OptiStruct拓扑优化控制臂强度Abstract：The control arm topology optimization simulation of the vehicle is based on the OptiStruct software. Compared with original control arm structure, the stress of the optimization control arm is a little larger, but lower than yield stress. For displacement, the optimization control arm is also larger than the original control arm structure, but lower than 1mm, which can be accepted. What’more, the weight is reduced by 35%, reflecting the engineering value of the topology optimization technology. Keywords：OptiStruct, topology optimization, control arm, strength前言随着汽车工业的快速发展和日益突出的能源问题，汽车轻量化越来越被人们重视，因此对机械结构和零部件进行优化设计具有重要意义。
参考文献_基于OptiStruct的齿轮拓扑优化
Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
文简单的算例中已能看出其实用性和准确性，其工程使用价值是很大的。
5 参考文献
[1]张胜兰等编《基于 HyperWorks 应用实例》 [3] HyperWorks Users Manual, Tutorials:Altair [4]王春会 连续体结构拓扑优化设计 西北工业大学硕士学位论文 2005 [5]张展主编《实用齿轮设计计算手册》机械工业出版社 2011
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图５数值不稳定的设置 考虑到齿轮为旋转结构，如果材料分布不以重心对称就会产生很大的转动惯量，不利 于系统受力， 在优化的时候先以沿厚度方向和垂直面方向加了三面对称， 优化后的结果如图 ６所示：
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Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
图６三面对称约束优化结果 此外，把三面约束换成周向循环对称约束同时考虑沿厚度中面向两侧的拔模约束，优 化后的结果如７图所示：
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Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
可以看到网格质量较好。中间红色区域为本文所要优化的设计区。
图３完成切分的齿轮
图４划分完网格的齿轮
3 优化设置及结果分析
齿轮模型的边界条件为在中间孔内壁和键槽与轮辐接触的两个侧面上的所有节点加固 支约束，从而模拟通过键连接使齿轮和中轴（未画出）刚性连接。实际工况中需要给齿轮的 一条啮合线上沿转动方向加 320N.mm 的扭矩，文中模型将这一载荷简化为一系列多个垂直 于齿面且在某一条啮合线上的多个点载荷，其中每个点上的载荷大小由以下公式计算得到：
图１标准齿轮模型
图２优化设计齿轮模型
在 HyperMesh 模块完成网格的划分。由于考虑到键槽不可或缺，所以以键槽的最高点 画圆将轮辐区切分成两个部分。与此同时，轮齿以及齿根凸台如果一起划分六面体网格，所 得到的网格质量很差，因此在齿根部分也画圆切分。切分完成以后的模型见图３。除轮齿以 外的三个部分采用六面体网格，轮齿采用四面体网格。网格划分完以后得到的模型如图４，
基于Optistruct的结构静动力拓扑优化设计
{
+,-./01 12：
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$ （ % ） $$ $ " $ $% ! $3 ， ! # 3， …， &
（4）
# ! 为第 ! 阶特征值倒数的加权系数。 其中： 35 %! 静动力联合拓扑优化 对结构进行静力和频率特性的联合拓扑优化， 其 ［ 6］ 目标函数 可以写成： ()*’ # ’# ! ( ! 7 )*+)
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& & & & & & & & & & & & & & & & & 航 空 计 算 技 术& & & & & & & & & & & & & & & 第 01 卷
*
图 5" 短对边固支矩形板
拓扑优化前先对结构进行模态分析， 可以得到前 ， ! ! 7 !*+ !*&,89 ， ! & 7 &*+ *..&89 ， !* 7 三阶的固有频率 *5+ &-..89。相应的振型图如图 , （ #） （ $） （ %） 所示： 对薄板进行静力和频率双目标拓扑优化， 目标函 （5） 数如式 所示。经过多次尝试把结构划分为 3’ ( .’
’! 算例
’5 3! 平面薄板静力拓扑优化 一个 &$ C &$(( 的薄板， 厚度 3((， 模型如图 3 所 示， 结构的材料参数如下： 弹性模量为 63$$$<D>， 泊松 比为 $5 %3 ， 密度为 &5 EF G 0( 。一条边的两个端点受简 支约束， 对边的中点处有 3$$9 的沿着边方向作用的 集中力。 将薄板划分为几种尺寸不同的单元， 采用不同的 优化约束， 来比较所得到的不同的优化结果。 由于这 是一个比较简单的优化结构， 采用四节点的板单元模 （3） 拟就可以满足其精度要求。优化的数学模型如式 % 所示： 所示。得到的优化结果比较如图 & 、
基于OptiStruct的结构优化设计方法
基于OptiStruct的结构优化设计方法作者：张胜兰优化设计是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，在充分考虑多种设计约束的前提下寻求满足预定目标的最佳设计。
有限元法（FEM）被广泛应用于结构分析中，采用这种方法，任意复杂的问题都可以通过它们的结构响应进行研究。
最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术逐渐发展成熟并成功地应用于产品设计的各个阶段。
一、OptiStruct结构优化方法简介OptiStruct是以有限元法为基础的结构优化设计工具。
它提供拓扑优化、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，这些方法被广泛应用于产品开发过程的各个阶段。
概念设计优化――用于概念设计阶段，采用拓扑（Topology）、形貌（Topography）和自由尺寸（Free Sizing）优化技术得到结构的基本形状。
详细设计优化――用于详细设计阶段，在满足产品性能的前提下采用尺寸（Size）、形状（Shape）和自由形状（Free Shape）优化技术改进结构。
拓扑、形貌、自由尺寸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。
经过设计人员修改过的设计方案可以再经过更为细致的形状、尺寸以及自由形状优化得到更好的方案。
最优的设计往往比概念设计的方案结构更轻，而性能更佳。
表1简单介绍各种方法的特点和应用。
OptiStruct提供的优化方法可以对静力、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成千上万个设计变量。
设计变量可取单元密度、节点坐标、属性（如厚度、形状尺寸、面积、惯性矩等）。
此外，用户也可以根据设计要求和优化目标，方便地自定义变量。
在进行结构优化过程中，OptiStruct允许在有限元计算分析时使用多个结构响应，用来定义优化的目标或约束条件。
OptiStruct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、结构应变能、以及各响应量的组合等。
dequation optistruct示例
dequation optistruct示例OptiStruct是一种高级有限元分析软件，由Altair公司开发。
它广泛应用于航空航天、汽车、船舶、能源和制造等行业，用于解决各种结构应力、振动和热传导问题。
OptiStruct的应用范围很广泛，可以进行线性和非线性、静态和动态、线性和非线性和灵敏度分析等。
在OptiStruct中，可以使用DEquation命令定义或修改方程。
DEquation（Differential Equation）命令用于定义微分方程和常微分方程。
使用DEquation命令，可以插入微分方程或常微分方程。
在OptiStruct中，DEquation命令的基本语法如下：```DEquation, label, equation_type, argument1, argument2,...```其中，label是方程的名称；equation_type是微分方程或常微分方程的类型；arguments是方程中的参数。
例如，我们可以使用DEquation命令来定义一个弹簧质点系统的振动方程。
具体代码如下：```DEquation, spring_mass_system, ODE, time, x, x_dot;```这个命令定义了一个常微分方程，名称为spring_mass_system。
方程的类型为ODE（Ordinary Differential Equation）。
方程中包含了时间变量time、位移变量x和速度变量x_dot。
在OptiStruct中，可以使用DEquation命令来定义各种各样的微分方程。
这些方程可以是线性的，也可以是非线性的。
方程中的参数可以是任意类型的变量。
OptiStruct中DEquation命令的使用也非常灵活。
可以通过DEquation命令定义方程，利用方程来模拟和分析结构的行为。
以下是DEquation在OptiStruct中使用的一些示例：1.线性弹簧系统：DEquation, linear_spring_system, ODE, time, x, x_dot;```这个命令定义了一个线性弹簧系统的振动方程。
基于OptiStruct的结构优化设计方法
基于OptiStruct的结构优化设计方法作者：张胜兰优化设计是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，在充分考虑多种设计约束的前提下寻求满足预定目标的最佳设计。
有限元法（FEM）被广泛应用于结构分析中，采用这种方法，任意复杂的问题都可以通过它们的结构响应进行研究。
最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术逐渐发展成熟并成功地应用于产品设计的各个阶段。
一、OptiStruct结构优化方法简介OptiStruct是以有限元法为基础的结构优化设计工具。
它提供拓扑优化、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，这些方法被广泛应用于产品开发过程的各个阶段。
概念设计优化――用于概念设计阶段，采用拓扑（Topology）、形貌（Topography）和自由尺寸（Free Sizing）优化技术得到结构的基本形状。
详细设计优化――用于详细设计阶段，在满足产品性能的前提下采用尺寸（Size）、形状（Shape）和自由形状（Free Shape）优化技术改进结构。
拓扑、形貌、自由尺寸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。
经过设计人员修改过的设计方案可以再经过更为细致的形状、尺寸以及自由形状优化得到更好的方案。
最优的设计往往比概念设计的方案结构更轻，而性能更佳。
表1简单介绍各种方法的特点和应用。
OptiStruct提供的优化方法可以对静力、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成千上万个设计变量。
设计变量可取单元密度、节点坐标、属性（如厚度、形状尺寸、面积、惯性矩等）。
此外，用户也可以根据设计要求和优化目标，方便地自定义变量。
在进行结构优化过程中，OptiStruct允许在有限元计算分析时使用多个结构响应，用来定义优化的目标或约束条件。
OptiStruct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、结构应变能、以及各响应量的组合等。
optistruct多目标优化完整过程
有关多目标优化设计完整过程icefox163 邮箱：*****************由于做项目，我在仿真论坛上搜索过N次，只是查到说多目标要用加权和方法。
但是没有具体步骤，经过一些时间郁闷，看了几天的help，终于搞出来了。
我的经验如下，不一定正确（我个人感觉是正确的），我用的是9.0版。
我只是把我发现在问题，解决问题的过程说出来，可能语句不太通顺。
1. 我们用optistruct时只能有一个objective.如下图：我只用过min,其他三个我没有用过。
特别是后两个，谁用过说一下。
2.我们可以设置多个response,可以把很多response用dconstraint约束，但是只能有一个objective。
有时我们需要同时满足某几个response的最小值或是最大值。
但是deconstraint 只能设置response的上限或是下，不能设置为min或是max。
（听说可以将上限和下限设置成相近的值可以使约束近似定为某一确定的值）。
3.多目标其实在help里有说明，如下。
DRESP2 – Design Response via equations for design optimizationDescriptionWhen a desired response is not directly available from OptiStruct, it may be calculated using DRESP2. This response can be a functional combination of any set of responses that are the result of a design analysis iteration. These responses can be used as a design objective or as design constraints. The DRESP2 card identifies the equation to use for the response relationship and the input values to evaluate the response function.我看过一些论文，现在还没有什么新的理论可以实现多目标（可能我没有发现），现在对多目标的处理情况是response用函数关联起来，将不同的response设置为函数的变量，把多目标处理成为一个单目标。
基于Optistruct的地铁车顶骨架有限元强度分析及优化
基金项 目： 十一五” “ 国家科技支撑计划 （０ ９ Ａ １ １２ ． ２０Ｂ Ｇ １０ ） ｔ 作者简介 ： 胡雯丽 （９ ０ ， ， １９ 一） 女 山东济 宁人 ， 同济大学铁道 与城市轨道交通研 究院硕 士研究 生 ， 主要研 究方向为车辆动力学．
１ 车顶 骨 架 几何 模 型 的 建 立
作 为车 辆 内装 的重要 组成 部 分 ， 车顶 骨架 主要 包 含三个 主 结构 ， 由上 到下 依 次 为 风 道 结 构 、 中顶 板 结构 以及 扶手结 构 。 顶骨 架结 构采 用 模块 化设 车
计 ， 于最 后 整车模 块 化拼 装 ． 便 每个 骨架 模 块 中 ， 风 道结 构 由 ３根 支撑 梁 承载 ． 撑梁 的两 端通 过 吊座 支 用螺 栓连 接 于车顶 铝合 金 型材 的滑 槽 中． 中顶板 结 构 的两边 预置 了两 根 安装 的边 梁 ． 边梁 通过 螺栓 与
卓
摘
要 ： 为 了对 某新 型地铁 车顶 骨架 结构进 行优 化 ， 十 二 个工 况 下对其进 行 了结 构静 强度 分 在
析 ， 据各 工 况的应 力分布 情 况 ， 出 了应 力集 中的位 置 并分 析 其产 生的 原 因。 用 Ｏ ｔ ｔ ｃ优 根 找 利 ｐｉ ｒ Ｓｕ
化工具提 出了六种优化方案 ， 根据优化尺寸再次进行强度分析 ， 分析结果显示方案一车架骨架在 满足应 力 的要 求下 ， 整体 结构 挠度 最 小． 通过对 车 顶 骨 架优 化 的应 力 对 比 ， 明提 出的优化 方 案 表
是 可行性 的．
关键 词 ： 地铁 车顶 骨 架 ； 限元 ； 强度评 定 ； 有 静 优化 设计
中 图分 类 号 ： Ｔ ２ ２ １ ０ ４ 。 １ Ｐ ０ ． ： ２ ２ ２ 文献标 识码 ： Ａ
基于OptiStruct的排气系统隔热罩形貌优化设计
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计基于OptiStruct的排气系统隔热罩形貌优化设计赵玲杰 谭正生 眭超亚 冯仕福重庆化工职业学院 重庆市 401228摘 要： 以某车型排气系统隔热罩设计为例，使用OptiStruct软件建立仿真模型，对隔热罩的一阶固有频率进行分析，对分析后的结果通过增加加强筋的方法进行优化，同时考虑工艺性和制造成本，优化加强筋的分布，最后对优化的数据重新进行校核，对比优化前的模型，结果表明：一阶固有频率大幅度提升，满足设计要求。
关键词：排气系统 隔热罩 一阶固有频率 形貌优化 模态分析1 引言排气系统的作用是从发动机处导出废气，使废气对环境的影响达到可接受的水平，同时保证高温废气不影响整车的安全[1]。
在有些部位排气系统温度较高，而且距离整车其他部件又较近，这样就存在热害风险，影响整车安全。
常见的解决办法就是在排气系统温度较高的区域增加隔热罩，阻挡热量的传递[2]。
隔热罩的形式多样，常见的多为薄壁钣金结构，由不锈钢材料冲压成型。
随着汽车产业的快速发展，各大主机厂和零部件供应商都在降低成本和提升质量方面进行深入探索，这就要求企业研发人员必须掌握科学全面的设计思路和设计方法，能够快速准确的设计出合理且能够满足设计标准的产品，在排气系统隔热罩设计方面使用形貌优化设计方法能够实现该目标。
形貌优化是一种形状最佳化的方法，即在板形结构中寻找最优的加强筋分布，用于薄壁结构件的加强筋设计，在减轻结构重量的同时又能满足强度、频率等要求[3]。
形貌优化迭代过程中在可设计区域中根据节点的扰动生成加强筋。
2 初始方案隔热罩模态分析2.1 隔热罩设计要求排气系统与发动机相连，发动机在转动过程中，会产生惯性力，相当于一个激励源，可引起排气系统隔热罩的振动，当振动幅度较大时可能导致排气系统隔热罩的断裂或异响[4]，因此在设计排气系统隔热罩时要求隔热罩的一阶固有频率必须避开发动机最高转速对应的激振频率。
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OptiStruct 优化概览
拓扑 自由尺寸
计阶段 形状
Gauge9 & 10
Gauge1, 2 & 3
Gauge5 Gauge11, 12 & 13
Optimization
Gauge14 &15
Gauge4
Gauge6 Gauge7
完整的有限分析求解器
尺寸
求解器中立 实验设计 近似 随机研究 10
3
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第1章-介绍
HyperWorks 概述 OptiStruct 概述
4
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HyperWorks Overview
•制造仿真
HyperForm HyperXtrude
•企业流程管理
Data Manager Process Manager PBS/Professional
•可视化工具
HyperView Player
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OptiStruct 优化
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OPTISTRUCT结构优化设计分析手册
结构优化设计OPTISTRUCT分析手册目录第一章基础知识 (2)1.1结构优化的数学理论 (2)1.1.1数学模型 (2)1.1.2灵敏度分析理论 (2)1.1.3近似模型 (3)1.1.4寻优方法 (3)1.2OptiStruct参数和卡片 (4)1.2.1模型响应 (4)1.2.2子工况响应 (5)1.2.3OptiStruct优化类型和卡片参数 (7)第二章拓扑优化技术 (13)2.1拓扑优化技术简介 (13)2.1.1单元密度 (13)2.1.2制造工艺约束 (13)2.2拓扑优化实例 (17)2.2.1C型夹结构的概念设计 (17)2.2.2汽车控制臂的概念设计 (20)2.2.3利用DMIG进行模型缩减的悬臂梁的拓扑优化 (23)第三章形貌优化技术 (29)3.1形貌优化技术简介 (29)3.2形貌优化实例 (29)3.2.1受扭平板的形貌优化 (29)3.2.2磁头悬臂的拓扑和形貌优化 (31)第四章尺寸优化技术 (35)4.1尺寸优化技术简介 (35)4.2尺寸优化实例 (35)4.2.1支架的尺寸优化 (35)4.2.2碎纸机的尺寸优化 (39)4.2.3飞机翼肋的自由尺寸优化 (42)第五章形状优化技术 (47)5.1形状优化技术简介 (47)5.2形状优化技术实例 (47)5.2.1带制造工艺约束的自由形状优化 (47)第一章基础知识1.1结构优化的数学理论1.1.1数学模型结构优化设计（optimum structural design）是指在给定的约束条件下，按照某种目标（如重量最轻、刚度最大、成本最低等）求出最好的设计方案。
结构优化设计具有三要素，其分别为设计变量、目标函数和约束条件。
设计变量是指在优化的过程中可以发生改变的一组参数；目标函数是要求最优的设计性能，是关于设计变量的函数；约束条件是对设计变量的变化范围进行控制的限制条件，是对设计变量和其他性能的基本要求。
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]。
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。
点阵优化(OptiStruct)
Lattice Structure Optimization0、IntroductionLattice Structure Optimization is a novel solution to create blended Solid and Lattice structures from concept to detailed final design. This technology is developed in particular to assist design innovation for additive layer manufacturing (3D printing). The solution is achieved through two optimization phases. Phase I carries out classic Topology Optimization, albeit(虽然，即使)reduced penalty options are provided to allow more porous（多气孔的）material with intermediate density to exist. Phase II transforms porous zones from Phase I into explicit（显示的，明确的）lattice structure. Then lattice member dimensions are optimized in the second phase, typically with detailed constraints on stress, displacements, etc. The final result is a structure blended with solid parts and lattice zones of varying material volume. For this release（发布，版本）two types of lattice cell layout are offered: tetrahedron and pyramid/diamond cells derived from tetrahedral and hexahedral meshes, respectively. For this release the lattice cell size is directly related to the mesh size in the model.点阵结构优化是一种新颖的解决方案，可从概念到详细的最终设计，创建了混合的固体和晶格结构。
OptiStruct优化教程最全ppt课件
• 高级分析功能
• 频响分析
• • 直接法 模态法
• •
随机响应分析 瞬态响应分析
• • 直接法 模态法 直接法 模态法
•
基于傅立叶变换的瞬态响应分析
• •
• • •
非线性接触分析 声腔分析(结构和流体) 疲劳分析 (-N和-N)
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Optimization 术语
• 目标函数： 需要优化的系统的任何响 应函数。
该响应是设计变量的函数。
min Weight(b,h)
例如：质量，应力，位移，转动惯量， 频率，重心，屈曲因子等。
• 约束函数： 新设计的系统响应函数必 须满足的边界条件。
(b,h) 70 MPa h 2*b
t(b,h) 15 MPa
• 设计区域：所有梁单元
• 设计约束：
σ (b,h) σ (b,h)
h<2*b
max,
max,
with σ
max
max
= 160 MPa
with
σ
= 60 MPa
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HyperWorks Overview
•前处理
HyperMesh HyperCrash
MotionView
•求解器
RADIOSS MotionSolve AcuSolve
Optistruct优化结构设计实例
Optistruct优化结构设计实例本文主要介绍Optistruct 软件优化方法在结构设计改进中的应用。
通过使用拓扑优化和形貌优化方法对一款摩托车后挡泥板进行结构优化，使用自由形状优化方法对发动机减震衬套的截面进行优化。
一、基本知识介绍 1.优化的数学模型优化设计的数学表达式为：◎最小化(Minimize)◎约束条件(Subject to)式中，是设计变量;是目标函数;是不等式约束函数;是等式约束函数。
2.Optistruct 迭代算法Optistruct 采用局部逼近的方法来解优化问题。
其步骤如下：1)采用有限元分析相应物理问题;2)收敛判据;3)设计灵敏度分析;4)利用灵敏度信息得到近似模型，并求解近似优化问题;5)返回第一步。
这种方法用于每步迭代设计变量变化很小的情况，得到的结果为局部最小值。
设计变量的最大变化一般发生在最初的迭代步中，此时没有必要进行太多的近似分析。
3.响应的定义方法Optistruct 中的数据卡片格式采用的是Nastran 格式，因此描述响应变量的卡片主要有三种：DRESP1、DRESP2 和DRESP3。
其中，一般的结构响应是通过DRESP1 定义;组合响应通过DRESP2 或DRESP3 定义，DRESP2 引用卡片DEQATN 定义的方程，DRESP3 利用LOADLIB I/O 选项标识用户定义的外部程序。
对于一些多目标的优化问题，往往需要通过组合响应方法，将多目标问题转化为单目标问题。
这里不做过多讨论。
4.常用的响应主要有质量、体积、质量分数、体积分数、静态应变能、加权应变能、模态频率和Vonmises 应力等。
其中，质量分数和体积分数只能应用于拓扑优化分析中;在拓扑优化和自由尺寸优化中，Vonmises 应力约束只能定义为全局。
二、挡泥板支架的优化1.问题描述将原支架中间的孔填平，重新寻找最优的空间布局。
优化描述为：◎优化目标：最小化单元应变能;◎优化约束：质量分数(0.3～1.0);◎优化变量：设计区域每个单元的单元密度。
Altair OptiStruct 10.0拓扑优化实例1
㓳Ґа˖⊭䖖 㟲Ⲵᾲ 䇮䇑˄OS2010˅㾱≲ ⭘OptiStructs Ո 㜭 ⊭䖖 㟲䘋㹼ᾲ 䇮䇑ˈՈ Ⲵ㔃 нӵ䟽䟿 䖫ˈф┑䏣 䖭㦧 Ⲵ㓖 㾱≲DŽ⊭䖖 㟲 䲀 㖁Ṭ 䇮䇑 ˄㬍㢢˅ н 䇮䇑 ˄哴㢢˅ˈ 1 ⽪DŽ䴦Ԧ 㓖 ⛩˄䖭㦧 ⛩˅Ⲵ ս〫ˈ 䈕⛩к й⿽䖭㦧 ӗ⭏Ⲵս〫 Ѫ0.05ǃ0.02ǃ0.04ˈՈ 䇮䇑Ⲵⴞḷ 㜭 䇮䇑 DŽՈ 䰞仈 䘠 л˖ⴞḷ˖փ〟㓖 ˖ 䖭㦧Ⲵ㢲⛩ 1лⲴ ս〫 Ҿ0.05mm˗䖭㦧Ⲵ㢲⛩ 2лⲴ ս〫 Ҿ0.02mm˗䖭㦧Ⲵ㢲⛩ 3лⲴ ս〫 Ҿ0.04mmDŽ䇮䇑 䟿˖䖭㦧 ⛩1 䇮䇑 н 䇮䇑 Ⲵ 䲀 㖁Ṭ⁑⽪ Ⲵ 䗷〻 л ˖- ḷ䇶 䇮䇑он 䇮䇑 Ⲵ 䲀 ⁑ HyperMesh˗- ѹ Ⲵ ǃ䗩⭼ Ԧǃ䖭㦧ǃ Ո ˗- ⭘OptiStuct⺞ Ⲵ Ո ˗-㔃 ˄ փⲴ ˅ ԕ Ӿ0 1ⲴӁ 䇮䇑オ䰤ѝ ⽪ˈ䴰㾱 Ⲵ Ⲵ 䎻 Ҿ1DŽHyperMeshѝ ・ 䲀 ⁑ㅜ1↕˖䖭 OptiStruct 䈫 Ԧ1. HyperMesh2. User Profiles 䈍Ṷѝ䘹 OptiStructˈ ⛩ OKDŽ3.⛩ ḿ 䫞Files Panel DŽ ⲴOpen file… 䈍Ṷѝ䘹carm.hm Ԧˈ䈕 ԦսҾ<install_directory>/tutorials/hwsolvers /optistruct/4.⛩ Openˈcarm.hm Ԧ㻛䖭 HyperMesh䘋〻ѝˈ ԓ䘋〻ѝⲴ Ԇ DŽㅜ2↕˖ ・ օ ѹ 䘲Ⲵ㓴Ԧ⽪ ѝ ⭘ Ⲵйњcomponentsһ 㓿 ѹˈԕл䴰㾱 䳶 Ѫ⇿њcomponents Ⲵ DŽ1.⛩ Model 䫞ˈ ⁑ ⍿㿸デ к⛩ 啐ḷ 䭞ˈ〫 ḷ㠣Createˈ◰⍫ Ҽ㓗㨌 䘹 Materialˈ 2˖2↕僔1デ2. Nameḿѝ䭞 Steel3. Card imageḿѝ䘹 MAT13↕僔3デ4.⛩ Create/Editˈ5. MAT1㨌 ⭼䶒ˈ䇮㖞EѪ2.0E5ˈNuѪ0.34↕僔5デ6.⛩ return⽪˖ ѝⲴḀа亩⋑ 䍻 ˈ ԕ䙊䗷⛩ 䈕䘹亩 ◰⍫ˈ❦ ⽪Ⲵ䗃 ḿѝ䍻 DŽԕк ・Ҷањ Ⲵ steelˈ ѪOptiStruct Ⲵlinear isotropicˈ ∿⁑䟿Ѫ2E+05ˈ⋺ ∄Ѫ0.3DŽ⭡Ҿ ањ㓯 䶉 䰞仈ˈփ〟 ˈ ↔н䴰㾱 DŽն Ⲵ лˈ 享䇮 DŽ ԕ䲿 ⭘card image 䶒 collectorⲴ ⡷ 䘋㹼 DŽ7.⛩ Model 䫞ˈ ⁑ ⍿㿸デ к⛩ 啐ḷ 䭞ˈ〫 ḷ㠣Createˈ◰⍫ Ҽ㓗㨌 䘹 Propertyˈ8. Nameḿ䭞 design_prop9.⛩ card image= 䘹 PSOLID10.⛩ material = 䘹 Steel11.⛩ Create12. к ・ањ ⲴPropertyˈ Nameḿ䭞 nondesign_prop13.⛩ card image= 䘹 PSOLID14.⛩ material = 䘹 Steel15.⛩ Create16.ӾCollectorsⲴл 㨌 ⛩ Assign䘹 Component Propertyˈ 55↕僔16デ17.⛩ Compˈ䘹nondesign, ⛩ select6↕僔17デ18.⛩ property= 䘹 nondesign_prop19.⛩ assign20.䟽 20-22↕ˈ䇮㖞design_prop design21.⛩ returnㅜ3↕˖ 䖭㦧 load collector↕僔䴰㾱 4њ䖭㦧 load collectorˈ ѪSPCǃBrakeǃCorner Potholeˈ н Ⲵ仌㢢ˈ↕僔 л˖1.⛩ Model 䫞ˈ ⁑ ⍿㿸デ к⛩ 啐ḷ 䭞ˈ〫 ḷ㠣Createˈ◰⍫ Ҽ㓗㨌 䘹 LoadCollector2.⛩ name = 䗃 SPC3. Card imageѝ䘹 ѪNone4.⛩ color 䈳㢢 䟼䘹 а⿽仌㢢5.⛩ Create6. кˈ йњ䖭㦧 ˈ 〠 ѪBrakeǃCorner Potholeㅜ4↕˖ 㓖1. 䗩デ ⛩ LoadCollectorsˈ 䭞⛩ SPC ⛩ M ake CurrentˈSPC䇮㖞Ѫ Ⲵ2.ӾAnalysis亥䶒ˈ⛩ Constraintsˈ䘋 ѹ㓖 Ⲵ䶒3.Ӿ䶒 Ⲵ 䫞ѝ䘹 create 䶒4. デ ѝˈ䙊䗷⛩ 䘹 ㇑аㄟⲴ㢲⛩˄ ㄟˈ 7˅ˈ㓖dof1ǃdof2 dof3йњ㠚⭡ ˈdof4ǃdof5 dof6йњ㠚⭡ ⋑ 㓖5.⛩ Createˈ 㓖 ˈ デ ѝ㻛䘹 Ⲵ㢲⛩ ⧠й䀂 㓖 ㅖˈк䗩Ⲵ 123㺘 ⋯x䖤ǃy䖤ǃz䖤 Ⲵ〫 㠚⭡ 㓖7㓖 ㇑аㄟⲴdof1ǃdof2 dof3 йњ㠚⭡6.䘹 ㇑ аㄟⲴ㢲⛩ 㓖 dof 2 dof 3 㠚⭡ ˈ 87.⛩ create DŽ デ ѝ㻛䘹 Ⲵ㢲⛩ ⧠й䀂 㓖 ㅖ ˈк䗩Ⲵ23㺘 ⋯y 䖤ǃz䖤 Ⲵ〫 㠚⭡ 㓖 DŽ8㓖 ㇑ аㄟⲴdof2 dof3 єњ㠚⭡8.⛩ nodes ˈ Ӿ 䘹亩デ ѝ䘹 by id9.䗃 3239 䖖ˈ 䘹 ID Ѫ3239Ⲵ㢲⛩ˈ 9DŽ10.ӵ㓖 dof3DŽ11.⛩ create DŽ デ ѝ㻛䘹 Ⲵ㢲⛩ ⧠й䀂 㓖 ㅖ ˈк䗩Ⲵ3㺘 ⋯z 䖤 Ⲵ〫 㠚⭡ 㓖 DŽ9㓖 ID3239㢲⛩Ⲵdof33239 㢲⛩12.⛩ return䘄 ѫ㨌ㅜ5↕˖ 䖭㦧㢲⛩2699к 䖭йњ⤜・Ⲵ ˈ xǃy z кˈ Ҿbrakeǃcorner potholeйњload collectorDŽ ⭘㺘1ѝⲴ 䖭㦧DŽ փ↕僔 л˖㺘1 Ⲵ䇮Node Id Collector Magnitude Axis2699brake1000x-axis2699corner1000y-axis2699pothole1000z-axis1. 䗩デ ⛩ LoadCollectorsˈ 䭞⛩ Brake ⛩ Make CurrentˈBrake䇮㖞Ѫ Ⲵ2.ӾAnalysis亥䶒ˈ⛩ forcesˈ䘋 ѹ䖭㦧Ⲵ䶒3.⛩ nodes 䘹 by id4.䗃 㢲⛩ 2699ˈ 䖖䭞5.⛩ 䖖䭞magnitude= 䗃 1000.0ˈ 䖖䭞6.⛩ magnitude =л䶒Ⲵ ѹ ˈ 㨌 ѝ䘹 x-axis7.⛩ createˈ 㢲⛩2699Ⲵx䖤 1000 սⲴ䳶ѝ ˈ↔ 㢲⛩2699⧠ањ x Ⲵ㇝ DŽ8.ѪҶ 㿶䖭㦧Ⲵ㺘⽪㇝ ˈ 䘹 uniform size= 䭞 100ˈ 䖖䭞9. 䗩デ ⛩ LoadCollectorsˈ 䭞⛩ Corner ⛩ M ake CurrentˈCorner䇮㖞Ѫ Ⲵ10.⛩ nodes 䘹 by id11.䗃 㢲⛩ 2699ˈ 䖖䭞12.⛩ magnitude= 䗃 1000.0ˈ 䖖䭞13.⛩ magnitude =л䶒Ⲵ ѹ ˈ 㨌 ѝ䘹 y-axis14.⛩ createˈ 㢲⛩2699Ⲵy䖤 1000 սⲴ䳶ѝ15. 䗩デ ⛩ LoadCollectorsˈ 䭞⛩ Pothole ⛩ Make CurrentˈPothole䇮㖞Ѫ Ⲵ16.⛩ nodes 䘹 by id17.䗃 㢲⛩ 2699ˈ 䖖䭞18.⛩ magnitude= 䗃 1000.0ˈ 䖖䭞19.⛩ magnitude =л䶒Ⲵ ѹ ˈ 㨌 ѝ䘹 z-axis20.⛩ createˈ 㢲⛩2699Ⲵz䖤 1000 սⲴ䳶ѝ21.⛩ return Analysis 亥䶒10㢲⛩2699 йњ Ⲵ䖭㦧ㅜ6↕˖ OptiStruct䇮 䗩⭼ Ԧ ѹ DŽ1. Analysis亥䶒䘋 loadsteps 䶒2.⛩ name= 䗃 Brakeˈ 䖖䭞3.⺞䇔typeѪlinear static4.⺞䇔SPC Ⲵ 䘹Ṷ㻛䘹ѝˈ5.⛩ Ⲵ ⴞ Ӿload collectors 㺘ѝ䘹 spc6.⺞䇔LOAD Ⲵ 䘹Ṷ㻛䘹ѝˈ⛩ Ⲵ ⴞ Ӿload collectors 㺘ѝ䘹 brake7.⛩ createˈањOptiStruct brake 㓿 ˈ䈕 Ⲵ㓖 ⭡loadcollectorѝⲴspc ˈ ⭡load collectorѝⲴbrake8. ṧ↕僔 ѹCorner Pothole9.⛩ return Analysis⭼䶒HyperMeshѝ䇮㖞Optimizationㅜ7↕˖Ѫ Ո ѹ䇮䇑 䟿1. Analysis亥䶒䘹 optimization䶒2.䘹 topology䶒3.Ӿ䶒 Ⲵ 䫞ѝ䘹 create 䶒4.⛩ DESVAR= 䗃 design_prop, 䖖䭞5.⛩ props 䘹 design_propˈ⛩ select6.䘹 type: PSOLID7.⛩ Createˈ ѹҶањ Ո Ⲵ䇮䇑オ䰤design_propˈ PropertycollectorѝⲴ Ѫdesign_propⲴ ⧠ 䜭 䇮䇑オ䰤ѝ8.⛩ return䘄 optimization䶒ㅜ8↕˖ ѹ䘉њՈ 䰞仈ѝˈⴞḷ փ〟Ⲵ ˈ㘼㓖 Ⲵ2699 㢲⛩Ⲵս〫DŽ єњ ˖ањ ⭘Ҿ ѹⴞḷⲴփ〟 ˈ ањ ս〫 DŽ ⽪˖⭡Ҿйњ䖭㦧 䜭 ⭘ Ⲵ㢲⛩ս〫 Ѫ ˈ ԕ 䴰㾱 ѹањս〫 DŽ1.䘹 responses䶒2.⛩ response = 䗃 volDŽ3.⛩ ㊫ response type 㨌 ѝ䘹 volume4.⺞䇔regional/total㖞Ҿtotal˄唈䇔 ˅ˈ5.⛩ createDŽ⁑ Ⲵփ〟 vol 㻛 ѹ6.⛩ response = 䗃 disp17.⛩ response type 㨌 ѝ䘹 Static displacementDŽ8.⛩ nodes Ӿ Ⲵ 亩䘹 㨌 ѝ䘹 by IDDŽ9.䗃 2699 䖖DŽ йњ Ⲵ㢲⛩㻛䘹10.䘹 total dispDŽ䘉 xǃyǃzйњ ḷ䖤 Ⲵ ս〫DŽ11.⛩ createDŽ㢲⛩2699Ⲵ ս〫 disp1 㻛 ѹDŽ12.⛩ return䘄 optimization䶒 DŽㅜ9↕˖ ѹⴞḷѝⴞḷ ѹⲴvol փ〟 DŽ1. optimization䶒 ˈ䘹 objective 䶒2.⛩ objective䶒 к䀂Ⲵ䖜 䫞ˈӾ 㨌 ѝ䘹 min3.⛩ response =ˈ Ӿ 㺘ѝ䘹 Vol4.⛩ create5.⛩ return䘄 optimization䶒 DŽㅜ10↕˖ ѹ䇮䇑㓖⇿ањ ˈ ѹⲴ ս〫 disp1 ањкл䲀㓖 DŽ1. optimization䶒 䘹 dconstraints 䶒2.⛩ constraint = 䗃 constr13.⺞䇔upper bound =㻛䘹ѝˈ4.⛩ upper bound = 䗃 0.055.⛩ response = 㺘ѝ䘹 disp16.⛩ loadstepsˈ䘹 brake7. ⛩ select8.⛩ createbrakeˈ disp1к ѹҶањк䲀Ѫ0.05Ⲵ㓖 DŽ9.⛩ constraint = 䗃 constr210.⺞䇔upper bound = 㻛䘹ѝˈ11.⛩ upper bound = 䗃 0.0212.⛩ response= 㺘ѝ䘹 disp113.⛩ loadstepsˈ䘹 corner14.⛩ createcornerˈ disp1к ѹҶањк䲀Ѫ0.02Ⲵ㓖 DŽ15.⛩ constraint = 䗃 constr316.⺞䇔upper bound = 㻛䘹ѝˈ17.⛩ upper bound = 䗃 0.0418.⛩ response = 㺘ѝ䘹 disp119.⛩ loadstepsˈ䘹 pothole20.⛩ create21.⛩ returnє⅑䘄 ѫ㨌potholeˈ disp1к ѹҶањк䲀Ѫ0.04Ⲵ㓖 DŽㅜ11↕˖ỰḕOptiStruct䗃㹼≲䀓 ˈOptiStruct ԕ ⁑ 䘋㹼ṑ傼ˈԕ䇴ՠ⁑ 䇑㇇ 䴰㾱Ⲵ⻱ⴈオ䰤ԕ DŽ ṑ傼䘀㇇ѝˈOptiStructҏՊỰḕ 㹼 Ո 䴰Ⲵ ˈ ⺞ 䘉Ӌ нՊ ケDŽ1. Analysis亥䶒䘹 OptiStruct 䶒2.⛩ input file: ḿ Ⲵsave as…ˈ Save file… 䈍Ṷ3.䘹 ањ⭘ OptiStruct ԦⲴⴞ ˈ File name:ḿѝ䗃 ⁑ Ԧcarm_check.femˈ4.⛩ SaveDŽ.5.fem ԦⲴ ѪOptiStruct䗃 ԦⲴ 㦀 DŽ ⌘carm_check.femⲴ Ԧ ս㖞 ⽪ input file: ḿѝ6.⛩ export options: 䖜 䫞ˈ䘹 all7.⛩ run options:䖜 䫞ˈ䘹 check8.⛩ memory options: 䖜 䫞ˈ䘹 memory default9.⛩ OptiStruct䘉ṧ ҶOptiStructỰḕ䘀㇇ˈа 䗷〻㔃 ˈ ԕ ⲴDOS UNIXデ ѝˈⴻ carm_check.out ԦⲴ ˈ Ԧ䇮㖞Ⲵ ǃՈ 䰞仈Ⲵ䇮㖞ǃ 䘀㹼䇑㇇ 䴰㾱Ⲵ ⺜ⴈオ䰤 Ⲵՠ䇑ǃՈ 䘝ԓ 䇑㇇ 䰤Ⲵ ˈҏ 㜭ⴻ 䆖 䭉䈟 DŽՈ 䰞仈 ・ ↓⺞ˈ䈧ḕⴻcarm_check.out ԦѝⲴOptimization Problem Parameters䜘 DŽⴞḷ ↓⺞ˈ䈧ḕⴻcarm_check.out ԦѝⲴOptimization Problem Parameters䜘 DŽ㓖 ↓⺞ˈ䈧ḕⴻcarm_check.out ԦѝⲴOptimization Problem Parameters䜘 DŽ䏣 Ⲵ⺜ⴈオ䰤䘀㹼Ո ˈ䈧ḕⴻcarm_check.out ԦѝDisk Space Estimation Information䜘 DŽㅜ12↕˖䘋㹼Ո ≲䀓䇑㇇1. Analysis亥䶒䘹 OptiStruct 䶒2.⛩ input file: ḿ Ⲵsave as…ˈ Save file… 䈍Ṷ3.䘹 ањ⭘ OptiStruct ԦⲴⴞ ˈ File name:ḿѝ䗃 ⁑ Ԧ arm_check.femˈ4.⛩ SaveDŽ.5.⛩ run options:䖜 䫞ˈ䘹 optimization.6.⛩ OptiStructˈ䘋㹼≲䀓≲䀓㔃 ˈDOSデ ⧠Ā…Processing completeā DŽ ⁑ 䭉䈟ˈOptiStructҏՊ ⽪ 䭉 ↔ carm_complete.out Ԧѝˈ փ 䙊䗷 Ԧ㕆䗁 ḕⴻDŽ≲䀓䗷〻ѝˈ䖟Ԧ㠚 ⭏ ԕл Ԧ˖carm_complete.resˈcarm_complete.hgdataˈcarm_complete.outˈcarm_complete.oslogˈcarm_complete.ossˈcarm_complete.shˈcarm_complete_hist.mvwˈcarm_complete.HM.ent.cmfˈcarm_complete.statㅹˈ䘉Ӌ Ԧarm_check.fem Ԧ ањⴞ ѝDŽ7. 䰝DOSデ ⛩ returnˈ䘋 ѫ㨌 DŽHyperViewѝḕⴻ㔃 ⨶䘝ԓѝˈ 㔃 㻛䗃 carm_complete_des.h3d ԦDŽ ˈ ㅜа⅑ а⅑䘝ԓѝ⇿⿽ ⲴDisplacement˄ս〫˅ Stress˄ ˅㔃 㻛唈䇔䗃 carm_complete_s#.h3d Ԧˈ䘉䟼”#” ⲴIDDŽл䶒 ӻ㓽 օ HyperViewѝḕⴻ㔃 DŽㅜ13↕˖ḕⴻ㔃1. Ԕデ ⴻ Process completed successfully ˈ⛩ 㔯㢢ⲴHyperView 䫞ˈ 㜭 HyperViewˈ 㠚 䖭 㔃 DŽ⁑ 㔃 Ԧ 䖭 HyperViewⲴ デ ⧠ˈ⌘ HyperViewⲴйњн 亥䶒ѝˈ 䖭 Ҷ3њ.h3d ԦDŽ2.⛩ Close 䰝 デ DŽḕⴻ⁑ Ⲵ ⣦ Ҿ 䗩⭼ Ԧ ↓⺞ ѹ ⁑ DŽㅜ1亥 Ո 㔃 ˈㅜ2ǃ3ǃ4亥 ԕḕⴻ 㔃 ˈ3.⛩ ḿNext page 䫞䘋 ла亥䶒DŽㅜ2亥 ⽪arm_complete_s1.h3d Ԧ㔃 DŽ⌘ ˈ↔亥 ѪSubcase 1 –brakeˈ 㔃 о brake DŽ4.⛩ ḿ 䫞Contour DŽ5.⛩ ◰⍫Result type:ḿㅜањл 㨌 䘹 Displacement [v]DŽ6.⛩ ◰⍫ㅜҼњл 㨌 ˈ 䘹 MagDŽ7.⛩ Apply ⽪ս〫Ӂ DŽ8.⛩ ḿ 䫞Deformed DŽ9. Result type:ḿѝ䘹 Displacement [v]ˈ Scale˖ḿѝ䘹 model unitsˈType˖ḿѝ䘹 UniformDŽ10. value: ḿѝ䗃 10ˈ ս〫Ѫ10њ⁑ սˈ ս〫 ∄ DŽ11. Undeformed shape˖л䶒⛩ Show Ⲵл 㨌 ˈ䘹 WireframeDŽ12.⛩ ApplyDŽデ ⧠Ҷ⁑ Ӂ ˈ㺘䶒 Ⲵ Ⲵ㖁ṬDŽ11 ս〫Ӂ13. 12 ⽪ ⭫⁑ ѝ䘹 Linear Static12 ⭫⁑ ㊫14.⛩ 㓯 䶉 ḷ ⁑ ⭫DŽ ⽪ㅜањ brake ⭫ˈ⌘ḷⲴ ˈ䈤 ⁑ DŽ䈧 㘳л 䰞仈˖˄1˅ ㅜањ лˈ Ⲵ䖭㦧 ӰѸ ˛˄2˅ њ㢲⛩Ⲵ㠚⭡ 㻛㓖 Ҷ˛˄3˅䗩⭼ Ԧ ⭘Ҿ㖁Ṭ ˈ ⣦ ↓⺞˛15. GUIⲴ 䜘ˈ⛩ Static Analysis Iteration 0˄ 13 ⽪˅ˈ◰⍫LoadCase and Simulation selection 䈍ṶDŽ13◰⍫Load Case and Simulation selection 䈍Ṷ16. Iteration 18䘹 ㅜ18⅑䘝ԓDŽӁ ⽪ㅜањ brakeⲴㅜ18⅑䘝ԓⲴս〫㔃 ˈ оՈ Ⲵ 䘝ԓ DŽ17. ⅑⛩ 㓯 䶉 ḷ → ⭫DŽ18.⛩ Next page ḷˈ䘋 ㅜ3亥DŽㅜ3亥 ⽪arm_complete_s12.h3d Ԧ㔃 DŽ⌘ ˈ↔亥 ѪSubcase 2 –cornerˈ 㔃 о corner DŽ19.䟽 2ˉ17↕ ⽪ㅜҼњ ⁑ Ӂ DŽ䈧 㘳л 䰞仈˖˄1˅ ㅜҼњ лˈ Ⲵ䖭㦧 ӰѸ ?˄2˅ њ㢲⛩Ⲵ㠚⭡ 㻛㓖 Ҷ?˄3˅䗩⭼ Ԧ ⭘Ҿ㖁Ṭ ˈ ⣦ ↓⺞?20.⭘ ṧⲴ ⌅ˈỰḕㅜйњ potholeⲴս〫 DŽㅜ14↕˖ḕⴻ 㔃 䶉ㅜ1亥䖭 Ⲵ Ո 䘝ԓ㔃 ˄ ˅DŽ1.⛩ Previous page ḷⴤ 亥䶒 ⽪ѪDesign Historyˈ↔亥㔃⇿а↕Ո 䘝ԓDŽ2.⛩ ḿContour 䫞DŽ3.⛩ ◰⍫Result type˖ḿㅜањл 㨌 ˈ䘹 Element Densities[s]DŽ⛩◰⍫ㅜҼњл 㨌 ˈ䘹 DensityDŽ4. Averaging method˖ḿѝ䘹 SimpleDŽ5.⛩ Applyˈ ⽪ Ӂ DŽ6.䘹 ḿDeformed 䫞DŽ7.⛩ Show˖ḿˈ䘹 Featuresˈӵ ⽪ 㖁ṬⲴ䗩⭼DŽ8. GUIⲴ 䜘ˈ⛩ Design 㘵Iteration 0ˈ◰⍫Load Case and Simulationselection 䈍ṶDŽ9. Iteration 18䘹 ㅜ18⅑䘝ԓDŽ⁑ ѝⲴ 䝽Ҷа⿽ 㢢 ˈ⭘Ҿ㺘⽪ ⅑䘝ԓѝ Ⲵ DŽ䈧 㘳л 䰞仈˖˄1˅ Ⲵ 䜭 䘁1 㘵0?˄2˅ ѝ䰤 Ⲵ ˄ ӻҾ0 1ѻ䰤˅ˈ 䴰㾱䈳 DISCRETEDŽ DISCRETE˄ optimization䶒 opti controlѝ䇮㖞˅ ⭘Ҿ ѝ䰤 Ⲵ 䎻 Ҿ1 㘵0ˈ Ҿ Ⲵ㔃 DŽ Ҿ ˈ⧠ Ⲵ㖁Ṭ 㔃 㓿䏣 DŽ㔃 䴰㾱 Ⲵ 䎻 Ҿ1.0ˈ㘼н䴰㾱 Ⲵ 䎻 Ҿ0.0DŽ˄3˅max =ḿѝ ⽪1.0e+00? ⺞ ↔DŽн ˈ Ո Ⲵ䘋〻н DŽ ԕ䘋㹼 Ⲵ䘝ԓ ˄ ˅ ⴞḷⲴ OBJTOLⲴ ˄ optimization䶒 opti controlѝ䇮㖞˅DŽ 䈳 Ҷ DISCRETEˈ ф˄ ˅ ⴞḷⲴ OBJTOLӽн㜭ӗ⭏ Ⲵ䀓˄⋑ Ⲵ Ѫ1.0˅ˈ⭘ 㜭䴰㾱ỰḕՈ 䰞仈Ⲵ䇮㖞DŽ ѹⲴаӋ㓖 㔉 Ⲵⴞḷ л 㜭 ⌅䗮 Ⲵ˄ ѻӖ❦˅DŽ。
基于Optistruct的结构静动力拓扑优化设计
｛， ｔ１ ，） 【ｂ ｏ Ｉ ／ ｓｊ ： （ ｕ ｆ ． ｅ
ｏ≤ Ｘ １， ：１ … ， ≤ ｉ ， Ｎ
（ １ ）
法的优点是能最大限度的控 制优 化过程， 改善优化过
程 中出现的诸如棋盘格现象 等数 值不稳定 现象 ， 得到 较理想的优化结果 ， 其缺点是计算规模过于庞大 ， 计算
（） ３
（） 叶 ４ ，
进行反复迭代修改 。由于连续体拓扑优化结果往往不 能直接用于实际工程 中， 因此要根据拓扑优化的结果 再进行形状及尺寸优化 ， 然后再在 Ｃ Ｄ中建模完成最 Ａ 终的设计 。本文重点讨论前两步 。 根据工程的一些经验 ， 在进行拓扑优化建模和参 数设定时 ， 必须注意以下几点 ： １ 设计 区域 的选择 ： ） 拓扑优化对设计区域是 比较
多工况 的情况下 ， 对各个子工况 的柔顺度 进行加 权和 ， 目标函数变化为 ：
ｍｎ ＝∑Ｗｃ ） ｉ （ Ｃ ） ｉ（
工况 的重要 程度 选 定 。
１２ 动 力特性 拓扑 优化 模 型 ．
（） ２
其 中： Ｗ 为第 ｉ 个子工况 的加权系数 ， 根据各个子
化， 给出了几种典型结构的算例 ， 并探讨了在实际优化 中出现的数值不稳定现象 ， 如优化 结果对初始 网格及
小） 作为优化的 目 函数 ， 标 约束条件采用结构设计区域 的体积或者质量约束。 这里给出如下优化模型＿ ： ４ ｊ
ｒ ｎ （ Ｆ ￡（ ｍｉｃ ｘ） 木 ， ）
设计 ， ］卫星结构设计 等 。在其具体的操 作实现上
有两种方法 ， 一是采用计算机语言编程计算 ｊ该 方 ，
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第３卷 第６ ６ 期
２Ｏ Ｏ ６年 ｌ １月
航 空 计 算 技 术
305_季学荣_基于OptiStruct的汽车发动机罩板的优化设计
基于OptiStruct的汽车发动机罩板的优化设计季学荣丁晓红上海理工大学机械工程学院摘要：提出了一种基于OptiStruct的汽车发动机罩板的优化设计方法。
该方法包括基于拓扑优化的最优材料分布设计和基于形貌优化的最优压延筋设计，在轻量化设计的同时使结构的性能得到提升。
在设计过程中，采用加权的方法处理优化设计的多工况问题。
优化结果表明，结构重量降到原来的30％；各工况下结构的刚度得到大幅度提高。
关键词：汽车罩板，OptiStruct，拓扑优化，形貌优化，多工况1前言汽车发动机罩板属于车身覆盖件，是白车身的重要组成部分。
如图1所示，罩板结构由内板和外板两部分组成，外板为空间曲面板，其表面形状应与整车造型协调一致，体现整车的外形特征，一般是从整车造型的角度来设计得到；内板为筋条网格状布置的薄钢板，用来增加罩板结构的整体刚度。
由于外板的形状在车身造型设计阶段已经确定，因此以内板为优化设计的对象来提高罩板结构的性能。
目前，在罩板内板的设计中主要依赖设计人员的工程经验人为地决定筋条的布置方案，设计的随意性较大。
本文采用HyperWorks软件提供的OptiStruct模块中的拓扑优化设计方法（Topology Optimization）从有限元精确计算和拓扑优化理论的角度来决定内板上筋条的最优分布形态。
另外，在板壳结构的设计中，提高结构刚度的常用且有效的方法是在板壳结构上采用冲压成型的方法形成压延筋。
相对于传统的凭借经验的压延筋设计方法，OptiStruct模块提供的形貌优化方法（Topography Optimization）能够从理论上和精确计算的角度设计得到最优的压延筋分布形态和尺寸。
因此，本文综合运用拓扑优化方法和形貌优化方法来实现汽车罩板内板筋条分布设计和压延筋设计。
用于优化的内板结构原模型形状和外板的形状一致，即通过对形状已定的外板结构进行拓扑优化和形貌优化设计得到性能最优的内板结构。
2拓扑优化和形貌优化理论简介结构拓扑优化的基本概念是指在给定的设计空间、支撑条件、承载条件和某些工艺设计要求下，确定结构构件的相互连接方式，结构内有无孔洞、孔洞的数量、位置等拓扑形式，使结构能将外载荷传递到支座，同时使结构的某些性能达到最优[1]。