Abaqus和nTopology Element的晶格設計

目前，晶格結構設計仍是一個漫長而艱難的過程。傳統的設計工具缺乏足夠的靈活性，并且傳統分析和優化方法難以很好地集成到工程工作流中，但隨著Abaqus和nTopology的聯合，晶格設計、分析與優化已成為無縫銜接的重復流程。[增材]運動鞋底的晶格優化設計、[增材]Abaqus在晶格點陣結構設計上的應用

拓撲結構

晶格設計始于拓撲結構—節點與梁在結構中的位置和連接。拓撲設計決定了設計的載荷路徑和結構剛度，晶格拓撲可由周期性/重復性以及非周期性/隨機性等多種方法生成。

無論拓撲生成方法如何，首先應制定其設計空間，通過Abaqus對實體進行分析，可設計有效且高效的拓撲晶格結構（見圖1）。

圖1

基于Abaqus分析結果，使用nTopology Element軟件設計拓撲晶格結構。隨機拓撲結構將根據Abaqus場輸出改變梁密度，而周期拓撲結構在零件的不同區域使用不同的晶格單元。圖2是使用可變的周期拓撲（均基于六角棱鏡單元）來創建具有不同屬性區域。

圖2

一旦具有拓撲結構，就可重新分析該零件以了解其結構性能。可使用nTopology Element導出Abaqus輸入文件，其采用可用于3D打印的默認梁厚度。最后，對零件進行簡化梁（Beam）分析，見圖3。

圖3

如果需要，可以使用上述分析結果來修改拓撲設計，或利用Tosca軟件以優化梁單元的尺寸。在打印過程中，可將梁尺寸控制在可打印范圍內，保證足夠厚以便成功打印并且足夠薄而不需要支撐結構。即使有成千上萬的梁單元，優化過程也運行得很快。通過使用Tosca軟件時間驗證的優化方法其結果是有效和可靠的（見圖4）。

圖4

優化完成后，如對結果感到滿意，可將晶格設計導出為LTCX文件，并將其導入nTopology Element軟件中。此階段，在零件轉換為可打印網格之前可進行任何必要的設計與編輯(首選3MF或STL)，見圖5。

圖5

通過該工藝，我們可以制造出具有極高的強度重量比、高效的質量分布和可變機械性能（剛度/柔度等）的零件。無論是為航空航天、醫療植入或消費技術而設計，都可以調整此工作流程以滿足客戶所需的關鍵指標。Abqus-nTopology Element-Tosca聯合分析設計的流程非常靈活，可滿足晶格設計的任意目標。

來源：CAETube講堂

作者：柒末雪