无网格前端框架拓扑优化

Altair Inspire无网格优化在一定程度上缩短了前处理网格划分的时间,大大提高了效率。

本文是基于某款前端框架,在产品设计初期,对其进行拓扑优化,以达到减重和满足功能指标。首先采用Altair Inspire无网格拓扑优化分析,接着采用OptiStruct有网格拓扑优化分析,最后二者进行对比,得出结论。


本次拓扑优化的工况如下:

1、前锁罩刚度,+Z向,在锁扣质心处施加1000N;

2、前大灯支架刚度,+Z向,前大灯支架安装孔,100N;

3、散热器安装点刚度,-Z向,在散热器质心处施加600N;

4、一阶固有频率≥35Hz。


Altair Inspire模型设置如图1所示:

模型设置.png

图1 Altair Inspire模型设置


由图1可知,灰色部分为非设计区,篱笆色部分为设计区,约束部位如图中红色圆柱部位,拔模方向为+Y方向。

优化设置的质量目标为:设计空间总体积的20%。

Altair Inspire优化结果如图2所示:

拓扑优化结果.png

图2 Altair Inspire优化结果

由图2可以看出,拓扑优化后的一阶固有频率=35.0Hz,满足目标要求。

将前端框架模型导入HyperMesh中,对其进行分区处理,并划分3D四面体网格,载荷工况、边界条件等与Altair Inspire软件设置一致,最后调用OptiStruct求解器,其拓扑优化结果如图3所示:

optistruct.png

图3 OptiStruct拓扑优化结果


将Altair Inspire与OptiStruct拓扑优化结果对比分析,如图4所示:

1.png

图4 Inspire and OptiStruct 拓扑优化对比分析结果

由图4可以看出,Altair Inspire与OptiStruct拓扑优化结果是非常接近的,只是Altair Inspire分析结果中相比OptiStruct拓扑优化结果少了两个支撑筋,这可能是因为在OptiStuct中采用多工况拓扑优化,并对多工况分别进行相应目标值约束(比如位移目标控制约束、固有频率目标控制约束),最后采用的是总体积百分比最小进行目标值。



结论:

1、时间:Altair Inspire从导入网格到得到拓扑优化分析结果,总时间接近2小时(这与厚度约束最小尺寸有关,最小厚度越小,分析时间越长),而OptiStruct拓扑优化从导入网格到得到拓扑优化分析结果,大约需要2~3天时间,因此,二者的优化分析时间差距是非常明显的。

2、精度:Altair Inspire与OptiStruct拓扑优化结果是非常接近的,因此,Altair Inspire无网格拓扑优化的精度是可以保证的。

3、操作性:Altair Inspire为中文界面,操作更为人性化,通俗易懂;而OptiStruct操作相对较为复杂。

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