問題 1：在拓?fù)鋬?yōu)化中，我是否可以通過 DRESP1 卡片，在設(shè)計(jì)空間中增加應(yīng)力約束條件？

解答：通過 DRESP1 卡片進(jìn)行局部應(yīng)力約束是非法的。

 

問題 2：在質(zhì)量/體積約束條件已經(jīng)存在的前提下，是否可以在其基礎(chǔ)上再增加全局應(yīng)力約束條件？

解答：我們不建議用戶同時(shí)使用質(zhì)量/體積約束和全局應(yīng)力約束條件。很多情況下，由于前者的存在，使得全局應(yīng)力約束條件往往得不到滿足。

 

問題 3：在拓?fù)鋬?yōu)化階段，為什么我設(shè)置了全局應(yīng)力約束條件，在某些局部，應(yīng)力水平依然超過了全局應(yīng)力約束的要求？

解答：如同拓?fù)鋬?yōu)化是概念設(shè)計(jì)階段對(duì)模型的宏觀布局進(jìn)行控制類似，全局應(yīng)力約束亦是在優(yōu)化分析的過程中，將整體模型的應(yīng)力水平控制在一個(gè)合適的范圍中，而并不關(guān)注于局部應(yīng)力集中的問題。所有在拓?fù)鋬?yōu)化過程中發(fā)現(xiàn)的局部應(yīng)力集中問題，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員基于拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品概念再設(shè)計(jì)后，將通過尺寸優(yōu)化（size optimization），形狀優(yōu)化（shape optimization），自由形狀優(yōu)化（free shape optimization）以及這三者的結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行解決。在拓?fù)鋬?yōu)化的過程中，OptiStruct 將自動(dòng)忽略那些人工引入的應(yīng)力集中問題，例如剛性連接（rigid connection），以及那些由于尖銳的幾何過渡導(dǎo)致的應(yīng)力集中問題。

 

問題 4：為什么某些時(shí)候，在拓?fù)鋬?yōu)化階段，在增加了全局應(yīng)力約束條件后，得到的優(yōu)化結(jié)果非常奇怪，無法被采用？

解答：全局應(yīng)力約束條件的使用是有一定的前提條件的。例如模型的可設(shè)計(jì)區(qū)域和不可設(shè)計(jì)區(qū)域，二者在給定工況下的響應(yīng)值差異十分巨大（例如材質(zhì)屬性相差懸殊），在此種情況下，設(shè)置全局應(yīng)力約束條件可能無法得到用戶希望的優(yōu)化結(jié)果。此時(shí)，可以考慮使用其他的優(yōu)化方式，對(duì)模型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，例如以柔度最小為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化。

 

問題 5：進(jìn)行模型的模態(tài)分析和優(yōu)化時(shí)，需要注意的環(huán)節(jié)有哪些？

解答：如果您希望對(duì)模型進(jìn)行模態(tài)分析和優(yōu)化，例如，希望模型的第一階頻率高于某一個(gè)給定值，那么以下內(nèi)容可以參考：

• 如果OptiStruct的迭代是因?yàn)橐堰_(dá)到默認(rèn)的最大迭代次數(shù)而停止，那么需要小心，很可能此時(shí)優(yōu)化尚未收斂。

• 監(jiān)測(cè)目標(biāo)函數(shù)。如果發(fā)現(xiàn)在優(yōu)化過程中，目標(biāo)函數(shù)取值在某一區(qū)間內(nèi)反復(fù)搖擺變化，那么很可能優(yōu)化迭代收斂會(huì)非常慢。

在本例中，如果用戶希望提高某一結(jié)構(gòu)的一階固有頻率，那么我們建議用戶在優(yōu)化問題設(shè)置時(shí)，同時(shí)約束該結(jié)構(gòu)的前幾階頻率（例如 1‐5 階），而不是僅僅設(shè)置其第一階頻率高于某一目標(biāo)值。這有助于得到更加穩(wěn)定的求解結(jié)果，并有效的增強(qiáng)收斂性。本問題同樣適用于屈曲響應(yīng)（buckling response）。

 

問題 6：如果我對(duì)一個(gè)有四個(gè)承托結(jié)構(gòu)（非設(shè)計(jì)區(qū)域）的部件進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化，優(yōu)化的結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的傳力路徑與并不與這四個(gè)承托結(jié)構(gòu)中的任何一個(gè)相連。造成這種現(xiàn)象的原因是什么？

解答：造成這種現(xiàn)象的原因是OptiStruct 判斷出這四個(gè)非設(shè)計(jì)區(qū)域并不參與最終的載荷傳遞。當(dāng)該部件與裝配機(jī)構(gòu)的其他部分相連接時(shí)，則載荷會(huì)通過與其他裝配的連接進(jìn)行傳遞，因此在優(yōu)化的過程中自動(dòng)排除了這四個(gè)承托結(jié)構(gòu)。

 

問題 7：在典型的航空/航天零部件產(chǎn)品：蒙皮+加強(qiáng)筋式的結(jié)構(gòu)中，執(zhí)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的順序是怎樣的？

解答：我們建議用戶針對(duì)此類航空/航天零部件產(chǎn)品，首先通過拓?fù)鋬?yōu)化（topology optimization）進(jìn)行加強(qiáng)筋布局優(yōu)化，然后通過尺寸優(yōu)化（size optimization），優(yōu)化蒙皮及加強(qiáng)筋厚度。

 

問題 8：進(jìn)行基于屈曲響應(yīng)（buckling response）的自由尺寸優(yōu)化（free‐size optimization）需要注意些什么？

 

 

解答：在進(jìn)行基于屈曲響應(yīng)的自由尺寸優(yōu)化時(shí)，我們建議用戶設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)厚度值

（basethickniss value），而不是在 0‐某一指定范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化。在進(jìn)行此類問題的求解時(shí)，在完全不受約束的情況下，由于屈曲模態(tài)的數(shù)量非常高（潛在的相當(dāng)于非常高數(shù)量的設(shè)計(jì)變量），優(yōu)化求解過程可能會(huì)變得不穩(wěn)定。

 

問題 9：在自由形狀優(yōu)化（free‐shape optimization）中，如何避免由于負(fù)雅各比值（negative jacobian）導(dǎo)致的求解失敗？

解答：事實(shí)上在自由形狀優(yōu)化的過程中，如果優(yōu)化問題設(shè)置適當(dāng)，是極少遭遇由于負(fù)雅各比值導(dǎo)致的迭代失敗的。以下是一些建議，以避免出現(xiàn)上述情況：

• 如果您是在實(shí)體表面（solid face）上某一包含曲邊（edge）的區(qū)域定義自由形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，那么我們建議您以此曲邊為界，分別定義兩個(gè)獨(dú)立的自由形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，而不是將整個(gè)實(shí)體表面定義為單一的設(shè)計(jì)變量。兩個(gè)獨(dú)立的設(shè)計(jì)變量將分別包含曲邊兩側(cè)的區(qū)域，而位于曲邊上的節(jié)點(diǎn)將為兩個(gè)設(shè)計(jì)變量所共享。

• 在進(jìn)行優(yōu)化迭代之前，優(yōu)化網(wǎng)格質(zhì)量。

• 在自由形狀優(yōu)化定義中，增大參數(shù) NSSMOOTH 的取值。

• 為設(shè)計(jì)空間（design space）限制定義合理的取值。

• 使用精確性優(yōu)先（optimized for accuraty）方法。

問題 10：在考慮聲場(chǎng)響應(yīng)（acoustic  response）的板材形貌優(yōu)化時(shí)，需要注意的技術(shù)細(xì)節(jié)有哪些？

解答：在聲場(chǎng)分析（acoustic  analysis）時(shí)，首先會(huì)在結(jié)構(gòu)與流體間構(gòu)建接觸矩陣（interface matrix）。我們稱結(jié)構(gòu)與流體間的接觸面為 wetted surface。在聲場(chǎng)分析中，正確處理結(jié)構(gòu)與流體間的相互作用，對(duì)最終分析結(jié)果的可信度有決定性的影響。在考慮聲場(chǎng)響應(yīng)的形貌優(yōu)化技術(shù)中，由結(jié)構(gòu)的初始形態(tài)所決定的接觸矩陣在整個(gè)優(yōu)化過程中是保持不變的，即并不考慮在優(yōu)化過程中由于節(jié)點(diǎn)位置擾動(dòng)而生成的新結(jié)構(gòu)方案。因此用戶需要注意的是，不僅僅是形貌優(yōu)化，還包括拓?fù)鋬?yōu)化和形狀優(yōu)化，在優(yōu)化過程中，整體結(jié)構(gòu)中參與結(jié)構(gòu)與流體接觸的部分的形態(tài)發(fā)生了非常明顯的改變的話，那么結(jié)果的精確度將受到影響。該問題是基于 Optistruct 10.0 版本的。