Ansys Topology Optimization桥梁拓扑优化实例解析

基于Ansys Topology Optimization 桥梁拓扑优化实例的图1



一、 静力学分析

  1. 打开Workbench,创建静力学分析Static Structural,在Geometry模块完成3D建模(或者在其他CAD软件完成建模保存为STP后导入);
  2. 在桥面做分割,桥面命名Bridge,桥栏命名Design。后续优化步骤中方便排除桥面,并将分割后的桥组合为一个体;
  3. 材料设置:双击Static Structural model,在Mechanical面板中设置材料参数,本例仅展示优化,材料参数设置为Structural Steel;
  4. 网格划分:设置网格大小5mm,自动划分网格;
  5. 边界条件设置:在桥底面的4个点添加支撑,4个点分别约束ux=uy=uz=0,ux=uz=0,uy=uz=0,uz=0。桥面垂直于z;
  6. 载荷设置:桥面施加压强1Pa;
  7. 求解变量设置为求解桥面的Z方向变形,完成计算。



二、 拓扑优化

  1. 在Workbench Project界面拖动Topolopy Optimization到静力分析Solution栏,创建优化分析,同时优化分析共享静力学分析数据;
  2. 创捷排除面组,在Model上右键Insert Named Selections,插入组,命名为RE,体选择桥面为RE组。因为本例只有一个体排除,本步骤可省,如省略后面排除直接选择桥面体计可;
  3. 优化参数设置:Analisys Settings默认,Optimization Regoin中设计区域选择All bodys,排除区域选择上面设置的RE;
  4. Objective中Goal选择最小化Minimize,其余默认;
  5. Response Constraint中设置10%优化。如本例桥梁为x、y方向对称,在Topology Optimization栏右键添加两个Manufacturing Constant,类型选择Symmetry,分别设置x对称和y对称;
  6. 点击计算,即可得出优化结构。

基于Ansys Topology Optimization 桥梁拓扑优化实例的图5



三、 优化结果验算、导出

  1. 在Workbench Project界面拖动Static Structural到拓扑优化Resule栏创建静力分析,并共享优化结果;
  2. 在拓扑优化Resule栏右键Reset,在新静力分析面板Geometry栏右键Update更新数据,双击Geometry计可启动SCDM打开优化结果,在其中可以对结果做整形修改,本例优化结果较好,仅作圆角处理即直接将刻面转化为实体,抑制原有模型,保留优化后转化的实体模型;
  3. 双击新Static Structural面板中的Model,同第一次静力分析,计算桥面z方向变形结果。

基于Ansys Topology Optimization 桥梁拓扑优化实例的图6

基于Ansys Topology Optimization 桥梁拓扑优化实例的图7

基于Ansys Topology Optimization 桥梁拓扑优化实例的图8



四、结果

优化后整座桥的质量原原设计的27.5%(桥面未参与优化,仍计算重量),变形由1.73e-7增大到3.136e-7。

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