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材料尺寸優化

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創建者：模具設計學習創建時間：2019-07-25

材料尺寸優化的視頻教程

基于Abaqus-ATOM優化模塊尺寸優化控制臂實用仿真(附帶詳細cae模型文件)

本實例是基于Abaqus-ATOM優化模塊對控制臂進行尺寸優化實用仿真,本期視頻所用的模型網格為殼單元,本視頻包含全流程常規建模步驟涉及到分析步的設置,材料截面的設置,邊界載荷施加等,尺寸優化模塊涉及到應變能目標和體積目標的設置，厚度尺寸的上下限約束等,提交計算,結果查看等,附帶詳細涉及的模型,有需要的同學可自行下載查看。

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車身結構優化方法 3.1拓撲優化方法介紹 3.2拓撲優化案例 3.3焊點、膠水靈敏度分析 3.4快速建隔板的方法 3.5基于模態、剛度的隔板優化 3.6形貌優化方法介紹 3.7 形貌優化案例 3.8尺寸優化方法介紹 3.9尺寸優化案例 3.10料厚靈敏度分析

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材料尺寸優化的實例教程

基于Optistruct的復合材料B柱外板的自由尺寸優化

采用高強輕質材料是實現汽車輕量化的主要途徑之一。碳纖維增強復合材料( CFRP) 因其具備較高的強度、比剛度以及良好的吸能性，逐漸成為理想的車身替代材料之一。因此本次優化作品對某汽車B柱外板進行自由尺寸優化。 B柱靜力學分析 B柱的作用除了起支撐外，還主要承受汽車側面的碰撞保護行人的安全，因此對B柱的抗彎性進行分析極為重要。本作品以固支梁的形式，如圖1所示，兩端固定，在B柱外板中間施加1200N 的均布載荷，進行分析再對其進行優化。圖1 受力模型 B柱外板總厚度為2.4mm，一共鋪設8層CFRP，每層后0.3mm，鋪層角度順序為[0°/90°/45°/-45°]2，如圖2所示，CFRP 的材料屬性見圖3。圖2 鋪層設置圖3 材料屬性求解得到圖4的位移云圖，發現最大位移再邊緣處為3.142mm。圖4 位移云圖 2.優化設計本作品以質量最小為優化目標，約束條件為最大位移為3mm，對復合材料鋪層厚度進行優化。在optimization界面里free size里設計變量，設置最小成員尺寸為5mm，設置每層的厚度為最小為0.2mm，每層百分比范圍在10%~60%之間，±45°層設置對稱平衡設置，如圖5所示。

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淺析結構優化方法：拓撲、形狀、形貌、自由尺寸、尺寸

拓撲優化：拓撲優化是一種在設計中尋找最佳材料分布的方法。它通過改變材料在結構中的分布，以最小化結構的質量（或體積分數）并滿足特定的性能要求。在汽車輕量化中，拓撲優化可以用來確定哪些部分需要加強，哪些部分可以減輕以降低整體重量，同時保持結構的強度和剛度。形狀優化：形狀優化關注的是在給定的幾何形狀內，調整結構的形狀以優化性能。這可能涉及到改變零部件的曲率、截面形狀或其他幾何參數。在汽車輕量化中，形狀優化可以用來改進零部件的空氣動力性能、減少空氣阻力或改善碰撞安全性。形貌優化：形貌優化通常與曲面設計相關，它著重于調整曲面的形狀以滿足特定的外觀、空氣動力性能或其他要求。在汽車設計中，形貌優化可以用來打造更具吸引力的外觀，同時確保空氣動力學效率。自由尺寸優化：自由尺寸優化是一種更靈活的方法，它允許在優化過程中改變零部件的尺寸和形狀，而不受固定的幾何約束。這種方法通常需要高級的優化算法來找到最佳解決方案。在汽車輕量化中，自由尺寸優化可以用來創造創新的設計，以滿足復雜的性能目標。 尺寸優化：尺寸優化涉及到優化零部件的尺寸（厚度），以滿足性能要求。這可以包括增加或減小零部件的尺寸，以改善強度、剛度、耐久性等方面的性能。在汽車輕量化中，尺寸優化可以幫助設計更輕、更緊湊的零部件。拓撲優化通常是優化的第一個階段，因為它確定了結構中哪些部分需要被優化。形狀優化通常在拓撲優化之后進行。拓撲優化確定了哪些區域需要被優化，而形狀優化則在這些區域內進行形狀的調整。形貌優化通常是在形狀優化之后進行的。形狀優化確定了結構的內部幾何形狀，而形貌優化則在這個基礎上進行外部形貌的調整。尺寸優化可以在拓撲優化和形狀優化這兩個階段之間或之后進行。自由尺寸優化可以在其他優化方法可以在優化過程中的任何時候進行。

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基于 MIST 方法提出了點陣結構的尺寸優化算法（用于制造增材優化等課題）￥800

本文工作中，在對點陣結構進行優化設計時，應用到了一種文獻中提到的方法移動閾值切面法（MIST 方法），基于 MIST 方法提出了點陣結構的尺寸優化算法。因此，本小節對 MIST 方法作簡要介紹。MIST 方法是仝立勇教授等在 2014 年提出的一種新的拓撲優化方法。MIST 方法通過定義一種目標函數的近似響應函數來判斷設計變量的更新方向（變大或變小）而不強調不同變量之間更新步長的差異。已經證明，對于一系列結構設計，MIST 方法可以在無需顯式靈敏度分析的條件下生成結構的最優拓撲。此外，該算法易于實現，并且可以與商業有限元軟件結合而無需對軟件源代碼進行任何修改。本小節后續部分將對 MIST 方法的具體過程作詳細介紹。 MIST 方法是一種新提出的拓撲優化方法，通常用來解決公式（3. 1）所示的優化問題。MIST 方法的目標是尋求變量 x 和 t 的合適值使得目標函數（例如整體結構應變能）的響應值最小。MIST 方法的核心思想是在設計域上張起一張積分形式響應函數（應力、應變等的函數）的響應面，然后用一個可移動的水平面去切割目標函數響應面，水平上方的區域為實體材料區域，水平面下方的區域為孔洞材料區域，兩個面的交界輪廓就演變成了拓撲結構的邊界。水平平面對應的目標值 t 取決于體積約束，如果當前迭代步的實體材料過多則增加 t 的數值使水平面向上移動，反之則降低 t 的數值使水平面向下移動，t 在每一步迭代步中的具體數值可以通過二分法等方式計算得到。與 SIMP 方法中的密度類似，MIST 方法定義了一種體積權重值來描述材料種類，體積權重為 1 表示實體材料，提及權重為 0 表示孔洞材料。

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結構優化：利用Hyperstudy實現盒子尺寸和形狀優化，達到滿足強度要求￥15

結構優化：利用Hyperstudy實現盒子尺寸和形狀優化，達到滿足強度要求

基于OptiStruct的碳纖維復合材料覆蓋接頭設計優化附optistruct用戶手冊下載

考慮汽車用CFRP的層合板總厚度較薄、鋪層數少、鋪層設計局限性較大，因此只選取常規鋪層角度0°、±45°、90°，將各角度鋪層的厚度作為設計變量，進行離散變量（鋪層厚度為單層厚度0.2mm的整數倍）的尺寸優化。尺寸優化的邊界條件為Z向抗彎與Y向抗彎工況下的剛度適當提升，目標值為整體增重最小。與各向同性材料的尺寸優化不同，復合材料的尺寸優化除了上述位移邊界條件以外，還需要考慮復合材料的設計原則與制造工藝。根據復合材料設計原則，碳纖維的鋪層角度與鋪層順序應當滿足均一性、均衡性、對稱性的要求，在尺寸優化中需要增加如下的復合材料制造約束：（1）均一性，要求各種角度的鋪層均勻。因此設置0°、90°的鋪層厚度大于0.4mm（至少2層）；（2）均衡性，要求某個正、負角度的鋪層數量相等，例如±45°。故設置45°與-45°的鋪層厚度相等。 CFRP各角度鋪層厚度的尺寸優化結果如表3，層合板共計10層，總厚度2.0mm。 3.3 CFRP鋪層順序的確定根據復合材料設計原則，考慮復合材料制造工藝，確定CFRP層合板的鋪層順序。除了前面所述的均一性與均衡性原則，還需考慮對稱性的要求，即鋪層角度相同的鋪層應沿層合板中面對稱，以盡量避免制造出的層合板零件出現翹曲。此外，45°鋪層與-45°鋪層盡量靠近，可以有效降低彎扭耦合效應，提升層合板的有效剛度和穩定性。綜合上述考慮，CFRP層合板最終采用的鋪層順序為[0,45,-45,0,90]s，如圖5所示。計算[0,45,-45,0,90]s鋪層CFRP覆蓋的鋁合金接頭的剛度，結果如表4所示。

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材料尺寸優化的最新內容

基于OptiStruct的電池包殼體尺寸優化3個月前

在OptiStruct中進行電池包殼體尺寸優化，需結合參數化建模、載荷工況定義、約束設置和優化目標，實現輕量化與結構性能的平衡。以下是詳細流程和關鍵要點：一、優化流程 1. 前處理：參數化建模 · 設計變量：將殼體關鍵區域厚度設為變量。 · 非設計區域：固定螺栓孔、密封面等區域厚度。電池包殼體尺寸優化設計空間與非設計區域顯示如圖1所示，藍色為非設計區域，紅色為設計區域：

技術干貨丨基于OptiStrcut結構尺寸優化的起重機車架輕量化4個月前

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