基于Ansys Topology Optimization 橋梁拓撲優化實例

本實例原型來源于https://wenku.baidu.com/view/5b18ee9cb52acfc788ebc979.html,原文用 Inspire完成優化。本案例采用Ansys Topolopy Optimization完成該橋梁優化,軟件版本Ansys19.2。

基于Ansys Topology Optimization 橋梁拓撲優化實例的圖1

一、 靜力學分析

  1. 打開Workbench,創建靜力學分析Static Structural,在Geometry模塊完成3D建模(或者在其他CAD軟件完成建模保存為STP后導入);
基于Ansys Topology Optimization 橋梁拓撲優化實例的圖2  基于Ansys Topology Optimization 橋梁拓撲優化實例的圖3

  1. 在橋面做分割,橋面命名Bridge,橋欄命名Design。后續優化步驟中方便排除橋面,并將分割后的橋組合為一個體;
  2. 材料設置:雙擊Static Structural model,在Mechanical面板中設置材料參數,本例僅展示優化,材料參數設置為Structural Steel;
  3. 網格劃分:設置網格大小5mm,自動劃分網格;
  4. 基于Ansys Topology Optimization 橋梁拓撲優化實例的圖4
  5. 邊界條件設置:在橋底面的4個點添加支撐,4個點分別約束ux=uy=uz=0,ux=uz=0,uy=uz=0,uz=0。橋面垂直于z;
  6. 載荷設置:橋面施加壓強1Pa;
  7. 求解變量設置為求解橋面的Z方向變形,完成計算。

二、 拓撲優化

  1. 在Workbench Project界面拖動Topolopy Optimization到靜力分析Solution欄,創建優化分析,同時優化分析共享靜力學分析數據;
  2. 創捷排除面組,在Model上右鍵Insert Named Selections,插入組,命名為RE,體選擇橋面為RE組。因為本例只有一個體排除,本步驟可省,如省略后面排除直接選擇橋面體計可;
  3. 優化參數設置:Analisys Settings默認,Optimization Regoin中設計區域選擇All bodys,排除區域選擇上面設置的RE;
  4. Objective中Goal選擇最小化Minimize,其余默認;
  5. Response Constraint中設置10%優化。如本例橋梁為x、y方向對稱,在Topology Optimization欄右鍵添加兩個Manufacturing Constant,類型選擇Symmetry,分別設置x對稱和y對稱;
  6. 點擊計算,即可得出優化結構。

基于Ansys Topology Optimization 橋梁拓撲優化實例的圖5

三、 優化結果驗算、導出

  1. 在Workbench Project界面拖動Static Structural到拓撲優化Resule欄創建靜力分析,并共享優化結果;
  2. 在拓撲優化Resule欄右鍵Reset,在新靜力分析面板Geometry欄右鍵Update更新數據,雙擊Geometry計可啟動SCDM打開優化結果,在其中可以對結果做整形修改,本例優化結果較好,僅作圓角處理即直接將刻面轉化為實體,抑制原有模型,保留優化后轉化的實體模型;
  3. 雙擊新Static Structural面板中的Model,同第一次靜力分析,計算橋面z方向變形結果。

基于Ansys Topology Optimization 橋梁拓撲優化實例的圖6

基于Ansys Topology Optimization 橋梁拓撲優化實例的圖7

基于Ansys Topology Optimization 橋梁拓撲優化實例的圖8


四、結果:優化后整座橋的質量原原設計的27.5%(橋面未參與優化,仍計算重量),變形由1.73e-7增大到3.136e-7。

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