optistruct做拓扑优化时区域划分详解

参考文献_基于OptiStruct的齿轮拓扑优化

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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，

optistruct做拓扑优化时区域划分详解

optistruct做拓扑优化时区域划分详解
参考书上大都有比较完整的拓扑优化例子，但是，很少有资料提到如何对设计区域和非设计区域进行划分。

本文着重介绍这一块的操作，其实也很简单，关键是想不到这些命令。

模型如下：
长方体板，四个侧面为功能面，不能进行优化，约束为左侧面的两个节点全固定，载荷为在右侧一节点上施加集中力F=1000N。

优化区域：除四个侧面的中心部分
非优化区域：四个侧面
目标：体积最小化
约束：如图，要求受力点的合位移小于0.0032mm
设计变量：单元密度
接下来，具体的讲解如何操作的！
1、老规矩：材料属性这一点资料书上有很多，就不多说
2、划分网格：怎么划自己定，这里用的自动划分，选择整个实体进行划分
3、优化区域和非优化区域的界定
首先，新建立一个component集合框，以一会把优化区域的单元放进去
接下来，将需要优化的单元移到design里面去，这里需要用到的是organize 命令，具体的使用方式可以进入hyperworks帮助里面看。

这里放一个截图，可以拉大点自己看。

然后说下我的操作：进入tool---organize
框选要优化的单元，点第二行空白处，选择design，然后是move，这样，就完成了这一步了。

特别注意：
不能用solid edit对实体划分开了，然后分别放到相应的集合里来操作。

我在这块摸索了两天，很衰！！！
4、按书上来，赋予属性给相应集合
5、添加约束和载荷
6、建立工况
7、目标函数、约束、响应等等
不多说，这部分资料很多。

这里放一些我的结果。

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的铝合金车轮拓扑优化设计

基于OptiStruct的铝合金车轮拓扑优化设计杜保贞;王佳伟;刘相斌;王彬;刘振;马将军【摘要】本文通过分析车轮重量的影响因素和轻量化设计方法，提出了不增加成本、不降低整车性能和不影响造型效果的轻量化设计方法。

基于Opti Struct结合全新奔腾BSO铝合金车轮结构轻量化设计的实例，说明了有限元分析在车轮结构轻量化设计中的作用，为车轮结构的设计指明了方向。

【期刊名称】《汽车制造业》【年(卷),期】2017(000)014【总页数】3页(P74-76)【关键词】铝合金车轮拓扑优化设计轻量化设计设计方法有限元分析影响因素造型效果整车性能【作者】杜保贞;王佳伟;刘相斌;王彬;刘振;马将军【作者单位】一汽轿车股份有限公司;一汽轿车股份有限公司;一汽轿车股份有限公司;一汽轿车股份有限公司;一汽轿车股份有限公司;一汽轿车股份有限公司【正文语种】中文【中图分类】U463.34本文通过分析车轮重量的影响因素和轻量化设计方法，提出了不增加成本、不降低整车性能和不影响造型效果的轻量化设计方法。

基于OptiStruct结合全新奔腾B50铝合金车轮结构轻量化设计的实例，说明了有限元分析在车轮结构轻量化设计中的作用，为车轮结构的设计指明了方向。

如今国家对车辆油耗的要求越来越严苛，车辆轻量化设计作为提高燃油经济性的有效手段，备受各大主机厂青睐。

铝合金车轮在现代轿车上应用非常普遍，它的主要作用是支撑整车重量、传递驱动力、制动力及侧向力。

作为簧下质量的主要贡献者之一，铝合金车轮轻量化设计不仅可以降低整车重量，进而节能减排，同时可以改善整车的平顺性，获得一定的成本收益。

在车轮规格一定的条件下，影响铝合金车轮重量的因素主要有以下几个：1.车轮的材料车轮的材料包括钢、铝合金、镁合金和碳纤维等，其中A0级乘用车、商用车一般使用钢车轮，重量较重，造型单一；A级及以上乘用车一般使用铝合金车轮，铝合金车轮价格适中，重量较轻，造型美观多样。

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金莹莹（观致汽车有限公司，上海200126）摘要：文中基于OptiStruct软件对某项目汽车控制臂进行了拓扑优化设计，并分别对比了三个载荷工况下，控制臂优化前和优化后的应力和位移。

结果表明，拓扑优化后的控制臂的应力在3个工况下都略有增大，但应力值远远小于铸钢材料的屈服极限（650MPa）；拓扑优化后的控制臂的位移在3个工况下都略有增大，但均小于1mm。

这说明，通过OptiStruct软件进行的拓扑优化设计满足结构的强度要求。

同时，控制臂结构的重量减轻了35%，实现了轻量化的性能需求，这对汽车零部件产品的设计具有一定的参考意义。

关键词：拓扑优化；OptiStruct；控制臂；强度；减重中图分类号：U463.33文献标志码：A文章编号：1002-2333（2018）02-0082-03 Topology Optimization Design for Vehicle Control Arm Based on OptiStructJIN Yingying(Qoros Automotive Co.,Ltd.,Shanghai200126,China)Abstract:This paper carries out topology optimization of the vehicle control arm based on the OptiStruct software.The results show that the stress of the control arm after topology optimization is slightly increased under three operation conditions,but the stress value is much smaller than the yield limit(650MPa)of the cast steel material.The displacements of the control arm after topology optimization under normal conditions are slightly increased,but are less than1mm.This shows that the topology optimization design using OptiStruct software can meet the strength requirements of the structure.At the same time,the weight of the control arm structure is reduced by35%,which achieves the requirement of lightweight performance.Keywords:topology optimization;OptiStruct;control arm;strength;weight reduction0引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广泛重视，因此对机械结构和零部件进行优化设计具有重要意义[1]。

optistruct拓扑优化方法

optistruct拓扑优化方法
OptiStruct是一种结构优化软件，它提供了多种优化方法，其中包括拓扑优化方法。

拓扑优化是一种用于在给定设计空间内寻找最佳结构形状的优化方法，以实现最佳的性能和重量比。

在OptiStruct中，拓扑优化方法主要包括两种，基于密度的拓扑优化和基于形状的拓扑优化。

基于密度的拓扑优化是一种常见的拓扑优化方法，它通过在设计空间内分配材料密度来实现结构形状的优化。

在这种方法中，初始设计空间被填充满材料，然后通过逐步移除材料来实现最优结构形状的确定。

OptiStruct使用这种方法来帮助工程师在不同载荷情况下找到最佳的结构形状，以实现最佳的性能。

另一种拓扑优化方法是基于形状的拓扑优化，它着重于优化结构的整体形状，而不是局部密度分布。

通过调整结构的整体形状，可以实现更有效的载荷传递路径和减少应力集中，从而改善结构的性能。

OptiStruct可以使用这种方法来帮助工程师设计出更加优化的结构形状，以满足特定的性能需求。

总的来说，OptiStruct提供了多种拓扑优化方法，包括基于密
度的拓扑优化和基于形状的拓扑优化，工程师可以根据具体的设计需求和性能目标选择合适的方法来进行结构优化，以实现最佳的设计效果。

基于Optistruct的全塑汽车前端模块拓扑优化设计

10.16638/ki.1671-7988.2017.16.035基于Optistruct的全塑汽车前端模块拓扑优化设计阚洪贵，唐程光，李铁柱（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥230601）摘要：塑料前端模块技术是关键汽车轻量化技术的之一。

文章针对某车型全塑前端模块结构，通过采用拓扑优化的方法，并结合折衷算法展开多目标的拓扑优化设计，得到全塑前端模块的最优化拓扑结构。

最终通过仿真分析验证，优化后的前端模块在满足设计目标的前提下实现轻量化。

关键字：拓扑优化；前端模块；轻量化；仿真分析中图分类号：U467.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)16-99-04Topology Optimization Design of Full Plastic Front End Module Based on OptistructKan Honggui, Tang Chengguang, Li Tiezhui( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )Abstract: Plastic front-end module technology is one of the key automotive lightweight technology.In this paper, based on the full plastic front end module, the topology optimization method is proposed by using the topological optimization method and the multi-objective topology optimization design with the compromise algorithm. Finally, the simulation results show that the optimized front end module to meet the design goals under the premise of lightweight. Keywords: Topology Optimization; Front End Module; Lightweight; Simulation AnalysisCLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-99-04引言汽车轻量化是解决“节能”、“安全”、“环保”的最有效手段之一。

基于OptiStruct的前桥法兰盘轮毂结构拓扑优化

基于OptiStruct的前桥法兰盘轮毂结构拓扑优化Structure topology optimization design of the front axle flange hub based on OptiStruct苏新涛韩培华(北汽福田汽车股份有限公司工程车事业部技术中心长沙410129)摘要：本文针对某法兰盘轮毂结构轻量化设计问题，基于OptiStruct运用拓扑优化的方法，提出一种新型优化方案，该优化方案结构应力水平低、应力分布更加均匀、质量较轻，其结构体现了拓扑优化的效果，从而实现了提升产品结构性能、轻量化及美观化设计的目的。

关键字：OptiStruct 轻量化拓扑优化Abstract: Aiming at the flange lightweight hub structure design and using OptiStruct based topology optimization method, a new optimization scheme is proposed, the optimized structure stress level is low, the stress distribution is more uniform, the quality is light, the structure reflects the topology optimization results, so as to realize the lightweight and aesthetic design while improving performance.Key words: OptiStruct, Lightweight, topology optimization1 前言法兰盘轮毂主要承载汽车的重力以及为轮胎的传动提供精确的引导，是关键安全部件之一，在设计时一定要确保其结构的强度、刚度等基本性能指标。

optistruct拓扑优化原理

optistruct拓扑优化原理
OptiStruct是一种用于结构优化的有限元分析软件，它使用拓扑优化原理来寻找最佳的结构形状。

拓扑优化是一种通过改变结构的拓扑形状（即结构的布局或连接方式）来实现结构轻量化和性能优化的方法。

在OptiStruct中，拓扑优化主要通过以下步骤实现：
1. 设定设计域，用户首先需要定义一个设计域，即结构可以存在的空间范围。

这个设计域可以是整个结构的空间，也可以是结构的某个局部区域。

2. 设定约束条件，用户需要指定一些设计约束条件，例如结构的最大尺寸、最小厚度、受力范围等。

这些约束条件可以帮助OptiStruct在优化过程中保持结构的可行性和实用性。

3. 设定载荷和边界条件，用户需要定义结构所受的载荷和边界条件，这些载荷和边界条件将影响结构的性能和行为。

4. 进行拓扑优化，OptiStruct将根据用户设定的设计域、约束条件、载荷和边界条件，通过数学优化算法和有限元分析技术，在给定的设计空间中寻找最佳的结构拓扑形状。

在这个过程中，
OptiStruct会自动调整结构的拓扑形状，以满足设计要求并最小化结构的重量或成本。

5. 评估优化结果，优化过程结束后，用户需要对优化结果进行评估，包括结构的性能、重量、刚度等方面。

根据评估结果，用户可以进一步调整设计参数，重新进行优化，直至达到满意的设计目标。

总的来说，OptiStruct的拓扑优化原理基于数学优化和有限元分析技术，通过自动调整结构的拓扑形状来实现结构的轻量化和性能优化，为工程设计提供了强大的工具和方法。

基于OptiStruct的洗衣机皮带轮结构拓扑优化设计

基于OptiStruct的洗衣机皮带轮结构拓扑优化设计基于OptiStruct的洗衣机皮带轮结构拓扑优化设计李西顺程福萍孙运会苏州三星电子有限公司苏州215021摘要：本文针对滚筒洗衣机的皮带轮轻量化设计的问题。

利用HyperWorks软件的OptiStruct拓扑优化功能，优化了皮带轮结构。

本文讨论了两个方案的拓扑优化，方案一是基于铸铝材料的皮带轮进行拓扑优化设计，得到新的结构体积减少6%；方案二是在材料替换的皮带轮结构模型上进行拓扑优化，优化结果体积减少10%。

关键词：洗衣机，皮带轮，拓扑优化，轻量化设计1 概述滚筒洗衣机的皮带轮是洗衣机的一个重要的零部件，在电机和滚筒之间起转乘作用。

洗衣机工作过程中，电机通过皮带带动皮带轮转动，皮带轮转动带动桶的转动，从而实现洗衣服的过程。

当前的滚筒洗衣机所用的主流皮带轮为铸铝材料，由于生产成本的压力，很多企业已经开始重视轻量化的开发，材料的减重以及材料替换等方法，例如替换为工程塑料材质的皮带轮。

在这一开发过程中，不仅要考虑到零部件在各种工况下的可用性，最重要的还要考虑材料的成本问题，即材料的用量。

这便是一个拓扑优化的问题，在保证零部件性能的前提下，尽量使用较少的材料。

HyperWorks产品的OptiStruct模块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，提供了若干优化功能[1][2]。

其中，拓扑优化(topology)是专门寻求结构的最优拓扑问题的一种设计方法，同样也可以认为是一种在给定的设计区域内寻求最优材料分布问题的设计方法[3]。

本文利用OptiStruct对皮带轮进行拓扑优化设计，在保证皮带轮强度的前提下，尽量使用较少的材料，寻求材料的最优分布。

并根据优化结果重新构建模型后，将优化结构与原结构进行比较，以评价优化效果。

2 拓扑优化简介2.1 原理简介拓扑优化方法大致可分为均匀法[4][5]、渐进结构优化法[6]和变密度法[7]等，本文采用的就是基于OptiStruct求解器的变密度法。

基于OptiStruct的齿轮拓扑优化

基于OptiStruct的齿轮拓扑优化作者：Simwe 来源：Altair发布时间：2013-03-25 【收藏】【打印】复制连接【大中小】我来说两句：(0) 逛逛论坛基于OptiStruct的齿轮拓扑优化罗利龙倪迎鸽王文智西安710072摘要：借助于Altair公司HyperWorks中OptiStruct模块，完成了对齿轮轮辐区的拓扑减重。

介绍了OptiStruct拓扑模块用到的优化方法及原理，以及控制优化稳定收敛和可生产性的相关设置。

优化结果减重效果明显，生产工艺简单。

关键词：OptiStruct，拓扑，齿轮，可生产性0概述近几十年来，人们的日常生活正在向高度机械化发展，人类很多行为都在逐步被一些高精度的机械设备所代替，而机械传动装置是各种机械设备实现其基本价值不可或缺的部分，其中齿轮传动又是最重要的传动装置之一。

据史料记载，远在公元前400~200年的中国古代就开始使用简单的齿轮传动，作为人类伟大的四大发明之一的指南针就是以齿轮传动为主要机械装置。

而近代直到18世纪，欧洲工业革命以后，齿轮传动的应用得到了飞速发展，从摆线齿轮到渐开线齿轮，直到20世纪初，齿轮传动以其平稳性、精确性、高效性、长寿命等优点得到了广泛应用。

齿轮被定义为轮缘上有齿的、能够连续啮合传递运动和动力的机械元件。

在近代的欧洲，很多人针对齿轮的齿形和齿数开展了大量的研究和改进工作。

从最初的摆线齿轮到现在的渐开线齿轮，从圆柱齿轮、锥齿轮再到曲线齿轮，人们根据更加先进合理的理论设计初适用于各种工况的齿轮，最终形成了一套标准供后人去参考查询。

到现在为止，齿轮的理论已经发展的较为成熟，现在机械设计时基本都是直接参考设计标准，从标准中选择合适的齿轮应用。

这样做的好处在于标准齿轮生产工艺成熟、与其它齿轮等传到装置的配合简单。

但是，考虑到航空航天等一些以减重为重要指标的设计行业，只是从标准中选择就显得有些古板，但是完全重新设计又涉及到整个传动系统的重新设计。

基于optistruct的望远镜主框架拓扑优化设计

基于OptiStruct的望远镜主框架拓扑优化设计Topologic Optimization Design of Telescope Main Frame Based on Optistruct马肇材1,2,陈华1,2，刘伟1MA Zhao-cai1,2, CHEN Hua1,2, LIU Wei1（1．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033；2.中国科学院研究生院，北京 100039）(1．Changchun Institute of Optics，Fine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033，China；2．Graduate School of the Chinese Academy of Sciences，Beijing100039，China)摘要：针对某航空望远镜主结构的重量过高的问题，提出了对航空相机望远镜主框架进行拓扑优化设计的方法。

基于拓扑优化理论，在重力过载的工况下对望远镜主框架拓扑优化，以整个框架作为设计变量，以框架的体积分数和固有频率作为约束条件，选结构的柔度最小化为目标函数，建立拓扑优化模型。

采用MSC.PATRAN/NASTRAN软件对航空望远镜拓扑优化结果进行仿真，分析结果表明，结构的重量减少了77％，结构静态刚度提高，动态刚度符合要求，温度变化环境下光学成像条件改善。

关键词：拓扑优化；刚度；航空望远镜中图分类号：V447.3 (V-航空航天) 文献标识码：AAbstract: In order to reduce the weight of an aerial telescope main structure, a topologic optimization design method of the aerial telescope main frame was presented. The telescope main frame with overloaded gravity was optimized based on topologic theory. The topologic optimization model takes the whole frame as variation, takes volume fraction and natural frequency as computing constrains, takes the maximal structure stiffness as the objective function. The resulted model was analyzed with MSC.PATRAN/NASTRAN software. The result indicated that the structure’s total weight was reduced 77%, the structure’s static stiffness increased, the dynamic stiffness was suitable and the optical imaging condition was improved.Key words: topologic optimization; stiffness; aerial telescope1 引言在航空相机概念设计阶段，为了保证航空相机能适应机载平台上复杂的工作环境（如冲击、振动、高低温变化、低气压等），有良好的成像质量，因此需要相机具有良好的结构刚度的同时也要保证相机反射镜具有良好的热稳定性[1]。

OptiStruct优化教程最全ppt课件

• 高级分析功能
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• • 直接法模态法
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随机响应分析瞬态响应分析
• • 直接法模态法直接法模态法
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基于傅立叶变换的瞬态响应分析
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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在摩托车零部件结构优化中的应用

OptiStruct在摩托车零部件结构优化中的应用Optimization of Motorcycle PartsUsing OptiStruct陈亚娟贾志超宋明贾美霞中国嘉陵工业股份有限公司技术中心摘要：本文基于OptiStruct软件对某款摩托车脚蹬板进行了拓扑优化分析，获得了合理的加强筋布置方式，同时依据优化结果对结构进行重新设计并验证了方案的可行性。

结果表明，通过Optistruct软件进行的拓扑优化设计满足结构强度和刚度的要求。

该方法可应用于摩托车同类产品的设计中。

关键词：Optistruct 拓扑优化脚蹬板强度刚度Abstract:By using Optistruct, topology optimization of motorcycle foot-pedal was conducted with inner ribs as design domains. Thus, one new model was obtained according to the topological optimum results and the feasibility of structure is verified. The strength and stiffness of new structure is satisfied. In this way, it can provide the theoretic guidance for the design of homogeneous products.Key Words：Optistruct,T opology Optimization,Foot-pedal, strength, stiffness1 引言摩托车除主体结构车架外，还由很多小的功能部件装配而成，如起动臂、扶手、脚蹬板等，它们作为整车的重要组成部分，涉及到整车的外观商品性、零件的使用性能、装配性能等作用，这些结构的共同点都是铸件。

基于HyperMesh_OptiStruct的汽车零部件结构拓扑优化设计

Equipment Manufactring Technology No.10，2008优化设计在现代结构设计中占有十分重要的地位，它能使工程设计者从众多的设计方案中获得较为完善的或最为合适的最优设计方案，是虚拟设计和制造的重要环节，并贯穿于设计和制造的整个过程。

结构优化设计通常可根据设计变量的类型划分为尺寸优化，形状优化，和拓扑优化三类。

目前，尺寸优化的理论和应用已趋于成熟，形状优化的理论已经基本建立，正在着重解决实际应用方面的问题。

结构的拓扑优化由于其理论和计算上的复杂性而成为结构优化设计中最富挑战性的研究领域［１］。

一方面拓扑优化大大减少了建模方面的工作量，另一方面它可以在改善或保持结构性能的基础上大大减轻结构的质量。

近年来，随着汽车工业的快速发展，日益突出的能源问题和为了满足对汽车设计的新要求，对汽车零部件和机械结构开展拓扑优化设计具有重要的意义。

１连续体结构拓扑优化的方法及常用算法１．１连续体结构拓扑优化的方法连续体结构拓扑优化是在一定空间区域内寻求材料最合理分布的一种优化方法。

在进行连续体结构拓扑优化设计时，其初始设计区域一般采用基结构法进行描述。

所谓基结构法，就是把给定的初始设计区域离散成足够多的单元，形成由这些若干单元构成的基结构，再按某种优化策略和准则从这个基结构中删除某些单元，用保留下来的单元描述结构的最优拓扑。

基结构法可借用有限元分析时所使用的网格单元，只需在优化初始阶段进行一次网格划分，在整个优化过程中可保持网格划分不变，这使得基结构法较易实现，称为目前结构拓扑优化中应用最为广泛的方法。

连续体结构拓扑优化多采用基结构法的拓扑优化方法主要有以下三种［２～３］。

１．１．１均匀化方法均匀化方法就是以Ｂｅｎｄｓｏｅ、Ｋｉｋｕｃｈｉ提出的均匀化理论为基础引入微结构，将设计区域离散成许多带有孔洞的微结构单胞，对连续体进行拓扑优化，通过优化计算确定其材料密度呈０～１分布，由此得出最优的拓扑结构。

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。

314_徐志伟_基于Optistruct的发动机支架拓扑优化设计

4 结论
本文在确定了发动机支架基本形状和安装尺寸的情况下，对其进行了基于OptiStruct的多工况拓扑优化设计。结果表明，优化后的支架在满足其性能要求的情况下，极大的减小了支架重量，节约了生产成本。另外通过本实例可知，结构拓扑优化方法，能够较方便准确的计算出在特定工况下和给定设计空间内，材料较合理的空间分布，帮助设计人员明确优化方向，缩短设计开发的周期，提高零件质量，从而增强企业的竞争力。
2. 拓扑优化数学模型
连续体拓扑优化研究的是在给定的约束函数下，寻求力的最优传递路线或材料的最优分布。常用的几种拓扑优化方法有：均匀化方法，变密度发，变厚度法，渐进优化方法，水平集方法等，其中以变密度法和均匀化方法最为常用。本文基于 OptiStruct 软件提供的变密度法对发动机支架进行拓扑优化。变密度法引入一种假想的相对密度在 0～1 之间可变的材料，假设设计材料的宏观弹性常量与其密度的非线性关系。优化时以材料密度为拓扑设计变量，这样结构拓扑优化问题被转换为材料的最优分布问题。变密度法中常用的插值模型主要为固体各向同性惩罚微结构模型（SIMP）。
*闵行区科委项目(No.2010MH022)资助 -1-
Altair 2010 HyperWorks 技术大会论文集
基于变密度法的材料等效弹性模量可表示为：
E ( x) = Emin + x式中： E ( x) 为插值以后的材料弹性张量， ∆E= ( E0 − Emin ) 为实体部分材料弹性张量与空洞部分材料的弹性张量之差， xi 为单元的相对密度， p 为惩罚因数。为数值求解稳定，通常，令 Emin = E0 /1000 ，当 Emin 取值远小于 E0 时， Emin 可以忽略不计，上式可简化为：

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。

基于OptiStruct车架拓扑优化设计

Internal Combustion Engine &Parts0引言重型载货汽车是公路货运的主要力量，在国民生产中发挥着重要的作用，而车架作为重载汽车的承载基体，安装有发动机、驾驶室、传动系、货箱等相关部件，并承受来自路面以及汽车内部的各种力和力矩，理想的车架设计可以保证其在最小质量的基础上拥有足够的强度、刚度和可靠性，能有效改善整车动力、经济、安全等性能指标。

因此，对车架进行结构优化，可以有效改善重型载货汽车性能，从而推动国民经济建设发展。

1OptiStruct 简介OptiStruct 是一款优秀的有限元结构优化软件，为HyperWorks 自带的优化求解器。

可用于产品的概念设计和细化设计。

用户只要使用其中的标准单元库以及各种边界条件类型，就可以进行自然频率和线性静态优化分析。

HyperMesh 与OptiStruct 的图形接口十分完善，可以很方便地在HyperMesh 中建模，设置好参数后递交OptiStruct运算求解。

OptiStruct 的优化功能包括拓扑优化、尺寸优化、形状优化和形貌优化，可以将位移、应力、应变、结构柔度等定义为响应，也可以定义各种响应量的组合。

设计变量可取单元密度、节点坐标等。

用户还可根据自己的优化目标和设计要求，在软件中写入自编的公式进行优化设计。

本文所用的OptiStruct 优化功能是拓扑优化。

应用Optstruct 进行拓扑优化的流程如下：①在前处理软件中建立模型；②设定优化步骤；③导入到OptiStruct 中求解；④在后处理软件中分析结果，若结果不满意则返回修改再提交计算，直至结果满意。

2车架拓扑优化建模这里着重对车架的横梁分布做优化分析，需要对原车架模型做修改得到拓扑模型，由于车架为边梁式车架，可将车架两根纵梁之间的空间用相同的材料填满，从而构成三维拓扑模型，有时为了节省计算资源也可抽取车架三维4结论本文通过开发数据读写OPC 客户端，实时的将运动控制卡的输出信号写入OPC 服务器，并以OPC 服务器为通信桥梁成功的搭建出硬件在虚拟仿真回路，实现了上位机通过硬件控制器控制仿真模型的目的。