Ansys 拓扑优化

拓扑优化步骤
…查看结果
拓 扑优化
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
拓 扑优化
拓扑优化
...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.
拓 扑优化
拓扑优化
C. 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
拓 扑优化
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
拓 扑优化
拓扑优化
...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 念真实形状应该如何
– 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
拓 扑优化
拓扑优化
...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
拓扑优化
拓扑优化
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
拓 扑优化
拓扑优化
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)
拓 扑优化
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
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… – 红色表面要保留的材料 (pseudo-density 1.0), 兰色表面可以去掉的
材料 (pseudo-density 0.0).
– 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密度 – 记住使用一致的单位 – 最方便的是使用材料库 (MPREAD with the LIB option, or
Preprocessor > Material Props > Material Library).
拓 扑优化
拓扑优化
B. 它是如何工作的?
• 对ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ定载荷及边界条件如何最佳利用材料.即确定导致结果最大刚 度的材料分布 (或最小化柔度)
• 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
• 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。
Utility Menu > PlotCtrls > Style > Displacement Scaling...
– 关闭图例栏: /PLOPTS,INFO,OFF或
Utility Menu > PlotCtrls > Window Controls > Window Options...
拓 扑优化
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
拓 扑优化
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
• 求解拓扑优化 • 查看结果
拓 扑优化
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
Pinned
Simply Supported
拓 扑优化
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:
拓 扑优化
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
拓 扑优化
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
• 查看结果
拓 扑优化
拓扑优化 步骤
...执行优化
• 从主菜单选择 Topological Opt > -Set Up- Basic Opt … 然后指定体积的减少量
• 接下来,选择Topological Opt > Run … 输入迭代数, 并开始优化
拓 扑优化
拓扑优化步骤
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建立模型 施加载荷 求解拓扑优化
拓 扑优化
拓扑优化步骤
施加载荷
2. 每一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
拓 扑优化
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
– 开始优化(TOLOOP 命令 • 指定循环次数
– 定义实常数(壳厚度等)
拓 扑优化
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，诸如孔或支持附近，只需将该单元类型 改为2或更大。
TYPE 2 elements
TYPE 1 elements
优化的 不参与优化的
拓 扑优化
拓扑优化步骤
…建立模型
• 定义材料属性