ansys拓扑优化解析

• 求解拓扑优化 • 查看结果
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拓扑优化步骤
施加载荷
• 对载荷的建议:
– 约束对结果有直接的影响。例如，桥梁模型对底边的 铰支(UX=UY=0)及简支(UY=0)有不同的形状
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拓扑优化步骤
施加载荷
• 一般来讲，应施加尽可能少的约束； • 对多种载荷，有两个选项:
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拓扑优化步骤
…查看结果
• 三个有用的图形操作（对拓扑图）：
– 设等值图线数为2: /CONTOUR,,2 或 Utility Menu > PlotCtrls > Style > Contours > Uniform Contours... – 关闭位移缩放: /DSCALE,,OFF 或 Utility Menu > PlotCtrls > Style > Displacement Scaling... – 关闭图例栏: /PLOPTS,INFO,OFF或 Utility Menu > PlotCtrls > Window Controls > Window Options...
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拓扑优化步骤
施加载荷
2. 每个载荷作用于独立的载荷步 (如多载荷步):
– 结果形状为对每一载荷的等刚度。
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拓扑优化
执行优化
建立模型 施加载荷 求解拓扑优化问题:
– 指定优化控制 (TOVAR 及TODEF命令)
• 体积减少量(作为百分比) • 载荷步数目 • 收敛容差
拓扑优化步骤
…建立模型
• 定义材料属性
– – – – – 要求输入杨氏模量及泊松比； 注意泊松比不是缺省的0.3 ，需要定义； 对重力、旋转或惯性载荷需要定义密度； 记住使用统一的单位制； 最方便的是使用材料库 (MPREAD with the LIB option, or Preprocessor > Material Props > Material Library).
1. 在一个载荷步中施加所有载荷；
2. 在独立的载荷步中分别施加各自的载荷 (LSWRITE or Solution > Write LS File...) 并指定多载荷步优化求解。
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拓扑优化步骤
施加载荷
1. 所有载荷作用于同一个载荷步:
– 结果形状对所有载荷共同作用提供最大刚度； – 产生非保守逼近，因为它假定所有载荷同时作用并为整 个幅值。
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B. 它是如何工作的? • 对给定载荷及边界条件如何最佳利用材料。即确定 导致结构最大刚度（或最小柔度）的材料分布 ； • ANSYS给每一个单元分配一个伪密度h，从0(去掉 材料)到1(保留材料) ，等值图h表明何处可以去掉 材料（蓝色区域）； • 对所有单元设置h=1导致最大刚度设计，但这是尝 试求解，我们通过给定一个希望的体积减少量来约 束设计。
– 开始优化(TOLOOP 命令)
• 指定循环次数
• 查看结果
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拓扑优化 步骤
...执行优化
• 从主菜单选择 Topological Opt > -Set UpBasic Opt … 然后指定体积减少量； • 接下来，选择Topological Opt > Run … 输 入迭代数，并开始优化。
拓扑优化
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拓扑优化
主要内容： A.拓扑优化的定义、目的及实例 B.它是如何工作的？ C.如何进行拓扑优化 D.拓扑优化之后的处理 E.示例
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A.拓扑优化的定义、目的
• 什么是拓扑优化?
–一种形状优化形式，给出何处可以去掉 材料以减轻重量的建议； –满足规定的减少材料量的同时最大化结 构刚度； –依赖于单元的伪密度来决定材料去留， 0 (去掉) 、1 (保留)
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...它是如何工作的? • 重新叙述拓扑优化问题:
– 服从体积约束，通过变化单元伪密度从0到1，使刚度最 大化 (或使结构柔度最小化). – ANSYS 使用柔度能作为目标函数 (要减少的)。
• 这样就是一个标准的优化问题:
– 柔度能作为目标函数 – 体积（或体积减少量）作为状态变量 – 单元伪密度hi 作为设计变量, 0<hi<1.
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拓扑优化步骤
…建立模型
• 划分网格
– 对清楚的拓扑结果建议采 用细而均匀的网格。然而 优化执行多次, 因此网格 过细运行时间也会增加； – 将不优化的单元类型设置 为2或更大。
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拓扑优化步骤
施加载荷
建模 施加载荷
– 约束 – 固定点，对称边界条件等等 – 外载荷－力、压力、温度及惯性载荷诸如重力及角速度
– 定义实常数(壳厚度等)
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拓扑优化步骤
…建立模型
– 只对类型号为1的单元进行优化。 因此, 若想排除优化的区域，诸如孔或支撑附近，只需 将该单元类型设为2或更大。
TYPE 2 elements
TYPE 1 elements
优化的 不参与优化的
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源自文库
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C. 拓扑优化的步骤
四个基本步骤: • 建立模型 • 施加载荷 • 求解拓扑优化 • 查看结果
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拓扑优化步骤
…建立模型
• 建立几何模型 • 定义单元类型
– 拓扑优化的有效单元类型为:
• PLANE2* 或 PLANE82*. • SOLID92 或 SOLID95 • SHELL93
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拓扑优化步骤
查看结果
建立模型 施加载荷 求解拓扑优化 查看结果 • 通用后处理器中查看伪密度等值图 “topo plot”
– – – – PLNSOL,TOPO or General Postproc > Plot Results > Nodal Solution… 红色表示要保留的材料 (pseudo-density 1.0)； 蓝色表示可以去掉的材料 (pseudo-density 0.0)。
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...拓扑优化的定义、目的
• 如何应用拓扑优化?
–对概念设计… 由简单形状诸如块开始，依赖 于载荷获得一个概念真实形状； –获得改进设计的想法… 发现在现有设计中何 处的材料可以去掉。
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...拓扑优化的定义、目的
• 设计旋转车轮，开始于实体圆环，利用拓扑优 化确定最佳利用材料的形状为轮辐式转轮。