Abaqus与nTopology联合：晶格分析与设计

Abaqus和nTopology Element的晶格设计

目前，晶格结构设计仍是一个漫长而艰难的过程。传统的设计工具缺乏足够的灵活性，并且传统分析和优化方法难以很好地集成到工程工作流中，但随着Abaqus和nTopology的联合，晶格设计、分析与优化已成为无缝衔接的重复流程。[增材]运动鞋底的晶格优化设计、[增材]Abaqus在晶格点阵结构设计上的应用

拓扑结构

晶格设计始于拓扑结构—节点与梁在结构中的位置和连接。拓扑设计决定了设计的载荷路径和结构刚度，晶格拓扑可由周期性/重复性以及非周期性/随机性等多种方法生成。

无论拓扑生成方法如何，首先应制定其设计空间，通过Abaqus对实体进行分析，可设计有效且高效的拓扑晶格结构（见图1）。

图1

基于Abaqus分析结果，使用nTopology Element软件设计拓扑晶格结构。随机拓扑结构将根据Abaqus场输出改变梁密度，而周期拓扑结构在零件的不同区域使用不同的晶格单元。图2是使用可变的周期拓扑（均基于六角棱镜单元）来创建具有不同属性区域。

图2

一旦具有拓扑结构，就可重新分析该零件以了解其结构性能。可使用nTopology Element导出Abaqus输入文件，其采用可用于3D打印的默认梁厚度。最后，对零件进行简化梁（Beam）分析，见图3。

图3

如果需要，可以使用上述分析结果来修改拓扑设计，或利用Tosca软件以优化梁单元的尺寸。在打印过程中，可将梁尺寸控制在可打印范围内，保证足够厚以便成功打印并且足够薄而不需要支撑结构。即使有成千上万的梁单元，优化过程也运行得很快。通过使用Tosca软件时间验证的优化方法其结果是有效和可靠的（见图4）。

图4

优化完成后，如对结果感到满意，可将晶格设计导出为LTCX文件，并将其导入nTopology Element软件中。此阶段，在零件转换为可打印网格之前可进行任何必要的设计与编辑(首选3MF或STL)，见图5。

图5

通过该工艺，我们可以制造出具有极高的强度重量比、高效的质量分布和可变机械性能（刚度/柔度等）的零件。无论是为航空航天、医疗植入或消费技术而设计，都可以调整此工作流程以满足客户所需的关键指标。Abqus-nTopology Element-Tosca联合分析设计的流程非常灵活，可满足晶格设计的任意目标。

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