分享自己使用OptiStruct优化的宝贵经验与心得

分享一下自己使用OptiStruct优化的经验。
工作以结构分析为主。从两年前开始使用Optisturct优化的功能并不断推广，现在优化用得非常普遍。不管是什么问题，一般都会想到用优化的手段来解决，感觉大部分问题解决起来比以前容易得多了。目前比较成功的应用有车身钣金厚度优化、架构开发车身 拓扑优化、悬置支架、加强筋布置、接头优化等方面。Optisturct提供的拓扑、形貌、尺寸、自由尺寸、形状优化等功能都用过，个人感觉自从使用Optisturct优化功能后，不管是大结构还是小结构甚至是系统级的结构，在项目诸多限制下（特别是空间限制和重量限制，还有制造方面）提高模态、刚度、耐久性达到指标还是相当容易的。
Optisturct优化功能很强，主要得益于现代优化技术的发展。目前尺寸优化已经非常成熟了，但拓扑优化还有待发展。现在拓扑优化与有限元结合在工程中的应用还不是很广泛，甚至有些人对拓扑优化持怀疑态度，这里谈一下我自己的看法。拓扑优化所使用的算法还是传统的优化算法，比如Optistruct使用可行方向法；Genesis有三个可选：可行方向法、序列线性规划、序列二次规划。算法本身是无可挑剔的，但算法的特性和拓扑优化对工程问题的处理决定了拓扑优化无法避免的缺陷。拓扑本来的含义是1或0，即有或没有，但目前所采用的算法要求函数连续可导，所以现在拓扑优化多采用的办法是将材料的密度设置为0~1之间连续的函数并映射为单元的刚度。如果抛开计算速度不讲，拓扑优化在工程应用中的局限主要体现在对形状的控制和对材料的收束程度上。拓扑优化的结果都是一些杆梁结构，对于铸件来说很适用，但对于钣金件来说是致命的，因为工程制造很难按照拓扑优化的结果用冲压件拼出那样的结构。虽然软件提供了各种制造约束，象尺寸约束、对称约束、拔模和挤出方向等，但有些功能对于概念设计来说大部分并不适用。拓扑优化结果中会出现很多中间密度的单元，可以用ISO面屏蔽掉一些低密度区域，但保留的部分必须经过再验证，因为有时候保留的部分并不能达到预期的目标，这也是有人认为拓扑优化找不到最优解的原因。我对拓扑优化结果的态度是，不要完全相信，也不要全部否定。你可以将它当成是一个高手，但仅仅是一个高手而已，有时侯他给出的建议是正确的，有时却是错误的，这就需要自己来判断。从我以前做过的案例中总结出来的经验是，一个拓扑结果需要解释为工程/制造可行的等效结构，该结构必须保留拓扑优化数值解的意图。我们可以从拓扑优化结果中得到很有价值的设计思路，将工程/制造经验和参考设计糅合进去，就能设计出很好的结构。
Hypermesh另一个不得不说的功能是它的morph模块，对于找寻设计方案、由CAE主导设计很重要。若进行形状优化，DOE等，morph模块也是必不可少的生成形状变量的工具。
现在全球能源危机日益严重，各工业领域都把 轻量化设计提到很高的位置，优化在其中是必不可少的环节。CAE的发展已经由扮演验证的工具过渡到主导设计的角色，未来优化与CAE结合必然是CAE工程师的主流方向。