10 Workbench DS拓扑优化分析

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形状优化过程
形状优化处理于线性静力分析很相似,因此这里不是所有的步骤都详细 形状优化处理于线性静力分析很相似, 介绍.其中的黄色斜体的步骤是形状优化处理的特殊步骤. 介绍.其中的黄色斜体的步骤是形状优化处理的特殊步骤. – 导入几何体 – 设定材料属性 – 定义接触 (假如需要的话) 假如需要的话) – 定义网格控制(可选择的) 定义网格控制(可选择的) – 定义载荷和约束 – 指定Shape Optimization计算结果 指定Shape Optimization计算结果 – 设置Shape Optimization选项 设置Shape Optimization选项 – 求解模型 – 观察结果
载荷和约束
任何结构载荷和约束都可以用于Shape Optimization 任何结构载荷和约束都可以用于Shape – 由于Shape Optimization在载荷和约束的基础上尽量减少体积和 由于Shape Optimization在载荷和约束的基础上尽量减少体积和 增大刚度, 因此载荷和约束十分重要并会影响结果. 增大刚度, 因此载荷和约束十分重要并会影响结果. Shape Optimization一般在载荷施加的地方和约束反作用于 Optimization一般 一般在载荷施加的地方和约束反作用于 载荷的地方保持材料不变. 载荷的地方保持材料不变. 不同的载荷和约束条件将会产生不同的载荷路径，因此Shape 不同的载荷和约束条件将会产生不同的载荷路径，因此Shape Optimization结果将不同 结果将不同. Optimization结果将不同. 仅受压约束是非线性.由于Shape Optimization是一个优化问 仅受压约束是非线性.由于Shape Optimization是一个优化问 非线性约束会增加求解的时间. 题，非线性约束会增加求解的时间.
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形状优化基础
一个简单的受到约束和螺栓载荷的部件.Shape Optimization允许用户 一个简单的受到约束和螺栓载荷的部件.Shape Optimization允许用户 决定在给定的载荷条件下哪些材料可以去除,假如考虑到减少重量的话. 决定在给定的载荷条件下哪些材料可以去除,假如考虑到减少重量的话. – 形状优化对于概念设计或对现有设计中的重量进行缩减的设计是有 用的。 用的。
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拓扑优化分析实例
目的: 目的:
– 利用形状优化工具来预示下图的模型在潜在的几何改变后导致质量 缩减40%的情况. 40%的情况 缩减40%的情况.
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DS拓扑优化分析 拓扑优化分析
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形状优化基础
指定Shape Optimization 将执行形状或拓扑优化 指定Shape – Shape Optimization是一个优化问题,其结构能量在减少结构体积 Optimization是一个优化问题 是一个优化问题, 的基础上的最小化 – 另一种观点就是Shape Optimization尽量得到关于体积比率的最好 另一种观点就是Shape Optimization尽量得到关于体积比率的最好 刚度. Optimization尽可能的找寻可以在对整体结构的强度 刚度. Shape Optimization尽可能的找寻可以在对整体结构的强度 不产生负面影响的可去除的面积. 不产生负面影响的可去除的面积. – Shape Optimization基于一个单独的静力结构环境下 Optimization基于一个单独的静力结构环境下 Shape Optimization不能用于复合环境下 Optimization不能用于复合环境下 由于它是个优化器,尽管基于单一的静力结构分析，但其内部可 由于它是个优化器,尽管基于单一的静力结构分析， 以进行多次迭代,因此计算比较费时. 以进行多次迭代,因此计算比较费时.
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求解模型
模型建立完毕可以如其它分析一样选择Slove 模型建立完毕可以如其它分析一样选择Slove 按钮进行形状优化 . – 由于需要多重迭代,因此在同一个模型上的形状优化比单独的静力 由于需要多重迭代, 分析花费时间要长. 分析花费时间要长. – 求解下拉菜单下的Worksheet工具条中提供详细的求解输出，包括 求解下拉菜单下的Worksheet工具条中提供详细的求解输出， Worksheet工具条中提供详细的求解输出 执行优化的循环次数. 执行优化的循环次数.
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网格控制
网格的密度影响求解的精度 – 如同其它分析，这对形状优化也是正确的.细化网格使得计算比较 如同其它分析，这对形状优化也是正确的. 耗时,但是材料可去的除面积将更清楚的被定义, 耗时,但是材料可去的除面积将更清楚的被定义,如下面的例子所示 :
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观察结果
求解完成,可以观察Shape Optimization结果 求解完成,可以观察Shape Optimization结果
– 如图例所示,橙色代表可去除的材料，褐色的是边缘 如图例所示,橙色代表可去除的材料， – 初始和最终结构的质量的详细比较(包括边缘材料) 初始和最终结构的质量的详细比较(包括边缘材料)
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设定求解结果
对于形状优化,仅有Shape Optimization 对于形状优化,仅有Shape 的结果是有效的
– 对于Shape Optimization,简单指定缩减的目标量(缺省时20%缩 对于Shape Optimization,简单指定缩减的目标量(缺省时20%缩 简单指定缩减的目标量 20% 减量) 减量) 注意，太大的材料缩减将导致行架式的结构 注意，