optistruct的优化基本理论

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OPTISTRUCT介绍

OPTISTRUCT介绍

基于OptiStruct的结构优化设计方法2008-07-18 16:37摘要:最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术已逐渐发展成熟并成功地应用于产品设计的各个阶段。

本文总结了OptiStruct结构优化设计方法和特点,从优化设计三要素、迭代算法、灵敏度分析等方面阐述了基于有限元法的OptiStruct结构优化的数学基础,给出了OptiStruct结构优化设计流程和步骤。

关键词:结构优化,设计流程,有限元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。

Altair OptiStruct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,拥有全球先进的优化技术,提供全面的优化方法。

OptiStruct从1993年发布以来,被广泛而深入地应用到许多行业,在航空航天、汽车、机械等领域取得大量革命性的成功应用,赢得多个创新大奖。

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。

参考文献_基于OptiStruct的齿轮拓扑优化

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
-5-
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:
-3-
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的结构优化设计方法

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。

基于Altair OptiStruct的复合材料优化技术

基于Altair OptiStruct的复合材料优化技术

基于Altair OptiStruct的复合材料优化技术Altair OptiStruct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,拥有全球最先进的优化技术,提供最全面的优化方法,包括拓扑优化、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上百万个设计变量,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、结构柔度、以及各响应量的组合等。

此外,OptiStruct提供了丰富的参数设置,包括优化求解参数和制造加工工艺参数等,方便用户对整个优化过程进行控制,确保优化结果便于加工制造,从而极其具有工程实用价值。

OptiStruct自从1993年发布以来,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,赢得了多个创新大奖。

特别是在金属结构件优化方面,OptiStruct的技术已经非常成熟,目前欧洲和美国几乎所有的正在研发的汽车和飞机都采用了结构优化技术,进行了大量的系统级布局优化,零部件减重和性能提高设计。

目前,复合材料以其比强度、比模量高,耐腐蚀、抗疲劳、减震、破损安全性能好等优点,在工业界取得了越来越多的应用,特别是在航空航天方面,由于钢铁和有色合金很难满足日趋苛刻的重量,力学等设计性能要求,复合材料更是得到了广泛的应用,例如波音787飞机超过50%重量的零部件采用复合材料制造。

图1 波音787飞机材料分布OptiStruct提供了从金属到复合材料的完整的优化解决方案,特别是其最新版本9.0,支持从最初的零件结构样式,到铺层形状和厚度分布,到铺层角度和层数的优化,到最终铺层层叠次序的各个阶段的优化设计方法,可以考虑各铺层的应力、应变、失效,屈曲等性能约束,提供了前所未有的复合材料优化解决方案,包括以下四个阶段:拓扑优化拓扑优化的基本思想是将寻求结构的最优拓扑/布局问题转化为在给定的设计区域内寻求材料最优分布的问题。

optistruct拓扑优化方法

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的结构优化设计方法

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优化结构方法

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多目标优化完整过程

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。

OptiStruct优化教程最全ppt课件

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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
6
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OptiStruct 优化
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OPTISTRUCT结构优化设计分析手册

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培训资料(5.0)知识讲解

OPTISTRUCT培训资料(5.0)知识讲解
OPTISTRUCT培训资料(5.0)
培训内容 - continue
• 第一天下午 (1:00 PM – 4:00 PM)
• 形貌优化(Topography)概念介绍 • 形貌优化例题 • 形貌优化练习
• 形貌优化 torsion plate例题
培训内容 - continue
• 第二天上午(9:00 AM - 12:00 PM)
• 尺寸优化(Size )
• 尺寸优化bracket_size例题
内容介绍
什么是优化(三要素ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ?
✓ 目标(Objective)优化设计的目的就是要求所选的设计变量使目标函数达到最佳值
min (max) f(xi )
✓ 设计变量(Design Variables)
xi i = 1, 2, 3,…, p
2699
Control_arm 优化求解步骤
• 优化方案 目标函数 Objective Function : 体积最小化 约束条件Constraints : 1. 在工况一下2699点的合位移<0.05 2. 在工况二下2699点的合位移<0.02 3. 在工况三下2699点的合位移<0.04 设计变量Design Variables : 单元密度
不可行性设计区域
X1 二维单目标优化设计几何解释
Optistruct 5.0软件功能简介
Optistruct 5.0是一个有限元结构分析和优化软件。 它可以做有限元线性静态分析、频率分析和线性屈曲分析,
同时它是一个功能非常强大的优化软件,它提供了如下四种优 化技术。 拓扑优化 (Topology Optimization) 形貌优化 (Topography Optimization) 尺寸优化 (Size Optimization ) 形状优化 (Shape Optimization)

OPTISTRUCT培训资料(5.0)

OPTISTRUCT培训资料(5.0)

什么是Optistruct概念优化
[ 在产品概念设计阶段,利用优化计 算得到满足设计要求的构造外形, 并且可以返回CAD,进展具体设计
拓扑优化〔Topology Optimization)
设计空间、载荷及边界
拓扑优化是在给定载荷条件下查找 满足设计要求的构造材料最正确分 布的优化技术
密度分布
Isosurface r=0.5
响应类型
[ 目标和约束响应
• Compliance control (COMP) – Total and Regional • Weighted Compliance (WCOMP) • Eigenvalue (FREQ) • Inverse of Weighted Eigenvalues (WFREQ) • Combination of Weighted Compliance and Weighted Inverse
如质量、应力、位移、频率等〕的响应函数 ▪ 约束函数〔Constraint Functions 〕: 设计被承受时响应函数必需
满足的边界条件 ▪ 可行性设计〔Feasible Design 〕: 满足全部约束的设计 ▪ 不行行设计〔Infeasible Design〕 : 与约束冲突的设计 ▪ 最优设计〔Optimum Design 〕:满足全部约束且目标函数最优的
拓扑优化的常规问题设定
• Objective: Minimize (weight/ total/ regional) compliance Conolume/ mass fraction
• Objective: Minimize (total/ regional) volume/ mass fraction Constraint: displacements

OptiStruct结构优化

OptiStruct结构优化
日程安排
• 第1天
• 简介 • 理论背景 • 优化设置界面 • 拓扑优化 • .fem 文件 和.out文件 • 一个完整的流程:从 CAD 到 CAD
• 第2天
• 使用Inspire进行拓扑优化 • HyperMorph网格变形 • 形状优化
• 第3天
• 自由形状优化 • 形貌优化 • 尺寸优化
• 自由尺寸优化 • 优化策略
OptiStruct 文件和结果
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OptiStruct:完整的结构分析解决方案
• 静态线性和非线性准静态分析 • 线性热应力分析 • 惯性释放 • 屈曲分析(可带预应力) • 正则模态/复模态(可带预应力) • 频率响应(模态法,直接法) • 瞬态响应(模态法,直接法和傅里叶变换法) • NVH分析 (包括流固耦合) • 谱分析(随机谱、响应谱) • 疲劳分析 • 超单元 • 瞬态和稳态传热分析 • 复材分析 • 转子动力学 • ……
HyperWorks 优化技术
Altair OptiStruct® 结构、振动和疲劳优化
Altair HyperStudy® 多学科研究和优化
solidThinking Inspire 面向设计师的结构优化
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• 制造约束
• 练习1c – Pattern Repetition using Topology Optimization • 练习1d – Topology Optimization of a frame

optistruct拓扑优化原理

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。

optistruct复合材料优化算法

optistruct复合材料优化算法

optistruct复合材料优化算法
OptiStruct是一种用于结构优化的先进软件工具,可以用于复合材料的优化设计。

OptiStruct使用了一种基于有限元方法的优化算法,可以在给定的设计空间内自动搜索最优解。

对于复合材料的优化设计,OptiStruct可以考虑材料的强度、刚度、疲劳寿命等多个方面的要求,并在给定的约束条件下,自动调整复合材料的层厚度、层角度、层堆叠顺序等参数,以达到最优设计。

具体而言,OptiStruct可以通过以下几个步骤来进行复合材料的优化设计:
1. 定义设计空间:确定复合材料的设计变量,例如层厚度、层角度等。

2. 定义目标函数:确定需要优化的目标,例如最小化结构的重量或最大化结构的刚度。

3. 定义约束条件:确定设计的约束条件,例如最大应力、最大位移等。

4. 运行优化算法:使用OptiStruct的优化算法,在给定的设计空间内搜索最优解。

5. 分析结果:根据优化结果,评估复合材料结构的性能,并根据需要进行进一步的优化或设计修改。

总的来说,OptiStruct提供了一种强大的工具,可以帮助工程师进行复合材料的优化设计,以提高结构的性能和效率。

点阵优化(OptiStruct)

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。

基于OptiStruct的襟翼摇臂的拓扑优化

基于OptiStruct的襟翼摇臂的拓扑优化

基于OptiStruct的襟翼摇臂的拓扑优化作者:郭仕贤来源:《科技视界》2016年第22期【摘要】本文通过拓扑优化的方法,采用Altair公司的OptiStruct软件对襟翼摇臂进行优化,在满足其使用刚度、强度要求的情况下,实现减重32.9%。

【关键词】拓扑优化;减重;OptiStruct0 引言飞机结构设计中,减重是一个永恒的难题。

“为了减轻飞机每一克重量而奋斗”是每一个飞机设计师的格言。

因此,进行结构减重,优化势在必行。

减重就意味着飞机的油耗小,成本低,更环保节能,可以减少二氧化碳的排放,才能更有竞争力。

1 拓扑优化理论基础结构拓扑优化能在工程结构设计的初始阶段为设计者提供一个概念性设计,使结构在布局上能够采用最优方案,已经成为当今研究结构优化设计的一个热点。

OptiStruct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,拥有先进的优化技术,提供全面的优化方法。

变密度法是连续体拓扑优化的常用方法,是一种比较流行的力学建模方式,与采用尺寸变量相比,它更能反应拓扑优化的本质特征。

它也正是OptiStruct中所采用的材料插值方法。

变密度法的基本思想是引入0到1的可变材料,指定每个有限单元的密度相同,并以每个单元的相对密度为设计变量。

当单元相对密度t=0时,表示该单元无材料,单元应删除;当单元相对密度t=l时,表示该单元有材料,保留或增加该单元。

其中, C(x)为结构的总体柔度,F为为力向量,U为为位移阵列,K为为结构总体刚度矩阵,V0——为整个设计域的初始体积,F为优化体积比,V是结构优化后的结构体积,Ve 为优化后的单元体积,X为设计变量,Xe为单元设计变量,Xmax为单元设计变量上限,Xmin为单元设计变量下限,引入密度Xmin下限的目的是防止单元刚度矩阵奇异,p为惩罚因子,N为结构离散单元总数。

2 摇臂结构的介绍目前,大型飞机后缘襟翼运动机构普遍都是采用滑轨引导襟翼的形式。

滑轨限定襟翼的运动轨迹,襟翼与滑轨之间通过滑轮架连接,作动器的动力通过驱动连杆及摇臂的传递,使襟翼沿滑轨平动并转动。

OptiStruct优化教程最全ppt课件

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)
8
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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
21
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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

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优化技术

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。

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Up to date, topology optimization is performed separately whilst sizing and shape optimization can be combined in a single process. This separation of topology optimization may be due to the fact that it is usually used as a tool for finding efficient design concepts at the early design stage whereas sizing and shape optimization are tools for detailed design at a later stage. However, feedback from industrial users have shown that, even at the stage of conceptual study, it may be desirable to consider the interaction of some key sizing and shape parameters with topology optimization. For example, one might want to optimize the thickness of a base plate and simultaneously try to locate stiffening ribs using topology optimization. Also the contour shape of the plate may be optimized as well during the optimization of the rib pattern. For such design problems, an integrated approach not only allows the freedom of finding better designs by taking into account the interaction of sizing, shape and topology variables, but also helps achieve this goal more efficiently within a single iterative process.
Introduction Sizing, shape and topology optimization are the major ingredients of the technology of structural optimization. Sizing and shape optimization capabilities were available since late eighties in some popular FEM software such as MSC/Nastran[1] and ANSYS[2]. Specialized structural optimization software such as GENESIS[3] also emerged subsequently, utilizing more advanced approximation technology for enhancing the overall efficiency. This development has lead to a steady increase in industrial application of optimization technology in the past decade. A notable phenomenon seen in recent years is the fast growth of the application of topology optimization, especially in the automobile industry, largely owing to its significant impact in creating more efficient design concepts at the preliminary design stage. Existing structural optimization software mentioned above have added some basic topology optimization capabilities as a complementary tool to their existing sizing and shape optimization capabilities. At the same time, special topology optimization codes such as Altair
In this paper, this integrated optimization problem is mathematically formulated in a general fashion, which allows the consideration of multiple constraints involvito the large number of design variables, local constraints such as stress constraints are not considered for structural parts that involve topological design variables. Advanced approximation techniques based on intermediate responses and intermediate variables are applied in the implementation of the iterative process. To further
2445 MacCabe Way, Suite 100, Irvine CA92614 zhou@
Abstract Topology optimization has become very popular in industrial applications and most FEM codes have implemented certain capabilities of topology optimization. However, most codes do not allow simultaneous treatment of sizing and shape optimization during topology optimization phase. This poses a limitation on the design space and therefore prevents finding possible better designs since the interaction of sizing and shape variables with topology modification is excluded. In this paper, an integrated approach is developed to provide the user with the freedom of combining sizing, shape and topology optimization in a single process.
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enhance the efficiency of the design process, the approximation formulation of the intermediate responses corresponding to a specific constraint or the objective function are adapted based on the iteration history among linear, reciprocal and convex approximations. A key objective of this work is also to provide an assessment of the state-of-the-art advanced approximation technologies and create a highly efficient implementation within the commercial structural optimization code Altair OptiStruct. While OptiStruct has been a specialized product for topology optimization only, this development extends it into a general structural optimization tool with the unique feature of allowing users to combine sizing and shape optimization with topology optimization.
OptiStruct[4] also appeared in this fast growing field. In general, specialized optimization codes, although equipped with less analysis capabilities than general FEM codes, offer more features and higher efficiency for optimization. The reasons for this are two fold: (1) highly specialized codes are typically smaller and therefore more flexible for incorporating the latest developments than general codes; (2) for specialized codes, highest priority is devoted to its core technology of optimization.
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