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HyperMesh OptiStruct形状优化教程

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Hypermesh/Optistruct优化流程


1、结构优化常用响应

结构优化常用响应包括:质量、体积、应变能、静态应力、模态、固有频率、加权应变能等。

不同的优化方法及目的,选用不同的响应组合,各个响应的含义及特点如下所述:

1) 质量(mass)和体积(volume)响应为全局响应,在拓扑优化和尺寸优化中作为约束或目标。形貌优化对设计修改不敏感,一般不推荐。

2) 质量分数(massfrac)和体积分数(volumefrac)两者都是数值在0-1之间的全局响应,一般仅推荐用于拓扑优化中作为约束函数。

   质量分数 = 当前迭代质量 / 初始总质量

   体积分数 = (当前迭代总体积 - 初始非设计域体积)/ 初始设计体积

3) 静态应变能( Compliance ),可以认为应变能是结构刚度的倒数,当载荷给定后,结构的应变能越小,表示系统的刚度越大。应变能需与子工况相关,可以为整个结构或者单个属性定义应变能。适用于所有优化方法,尤其对于结构的概念优化方法,当刚度作为约束或目标时,选用此选项。

4) 加权应变能(Weighted Compliance)是在典型的拓扑优化中用于考虑多个子工况的一种方法,响应是每个子工况应变能的加权和。

5) 静态应力( Static   Stress)静态应变(Static Strain)是和子工况相关的响应,需要注意的是此响应不能用于拓扑优化的设计空间中。

6) 固有频率(Frequency)是模态分析的结果,它必须与模态子工况相关。

7) 加权频率(Weighted Frequency)考虑优化多阶频率的一种方法,响应是每阶频率的加权和。

2、子模型 边界 验证

定义边界节点、优化节点、优化区域单元集合,插值出边界节点位移值。

   优化节点集和单元集为可以变形的区域,其余区域不能选入。

   输出调整后的子模型。
在这里插入图片描述
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   Hypermesh输入子模型与插值边界

   重新定义 components  ,赋材料和单元类型

   输入边界条件 .cbdo 文件(有限元网格文件窗口)
在这里插入图片描述

   将模板ansys → OptiStruct
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   重新定义component属性
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   更新单元类型

   3D → order change → 1阶单元计算相对较快在这里插入图片描述

   3D → elem types → 2D&3D → 全选单元 → update 在这里插入图片描述

   定义控制卡:Analysis → control cards → shape → 在这里插入图片描述在这里插入图片描述
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   定义载荷步
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   初算
在这里插入图片描述
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   查看试算结果,应力结果为单元解,计算偏小50MPa+
在这里插入图片描述
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3、形状优化流程

建议试算结束之后,新建作业,重新设置。

   Analysis → optimization
在这里插入图片描述

   定义变量

   → free shape → desvar → node (by sets) → opt_node → create在这里插入图片描述

   定义响应

   → responses → … → elem (by sets) → opt_elem → create在这里插入图片描述

   定义约束

   → dconstraints → … → upper bound → load steps → create在这里插入图片描述

   定义参考目标

   → obj reference → … → pos reference → load steps → create在这里插入图片描述

   定义目标

   → objective → minmax → jiaquan → create 在这里插入图片描述

   优化计算
在这里插入图片描述

4、计算结果查看

Optistruct 的结果文件类型有:* .h3d、* _des.h3d、* .out、* .stat 等。

   .h3d 文件为 HyperView 后处理的三维可视化文件,_des.h3d 为优化后的结果文件,一般包含位移、应力、应变、拓扑密度分布等结果信息,可查看优化前后的结果进行对比。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

5、模型输出

Post → OSSmooth

1)拓扑优化的几何模型输出

   将结果文件转化为几何模型,选择有限元文件和结果文件 .fem ,定义输出为几何文件 Geometry,点击OSSmooth,激活子面板 OSSmooth,Method 选择 autofe → surf,自动创建几何面,其余保持默认设置,点击 FE → surf。
Select   mode: .fem 表示求解计算的有限元文件

   result file:.Sh代表拓扑结果的形状文件
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2)形貌优化的几何模型输出

   基本操作同上,输出几何文件类型为 .stl

   .Grid 表示节点位移结果文件在这里插入图片描述

   3)形状优化的几何输出

   基本操作同上,输出几何文件类型为 .stl
在这里插入图片描述

优化结束后需要再次进行静强度复核。
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