形狀變量
關注創建者：星雨小瓶子 創建時間：2020-09-24
形狀變量的實例教程
01優化前應力
02優化后應力
03優化后形狀的截面圖（1/4模型）
04優化結果
05操作過程
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速度
洗腦循環
拓展：根據制造要求施加擠壓約束、拔模約束、對稱約束
01擠壓約束施加方法
02自由形狀變量
自由形狀變量為下圖中的節點，左側箭頭為擠壓約束方向。限制邊界上的節點只能沿著厚度方向運動。
設置好的模型文件為：freeshape3D_ext_done.hm
03優化結果
04優化前的應力
05優化后的應力
計劃和市場都是調節經濟的手段，計劃經濟中可以有市場，形狀和自由形狀都是優化的手段，自由形狀優化和形狀優化也是可以同時使用的。
同時創建形狀變量和自由形狀變量
比如下圖中的零件既希望改變厚度（單一厚度）又希望同時進行變形形狀的優化?？梢酝瑫r創建形狀變量和自由形狀變量。
01自由形狀變量的節點
02形狀變量
形狀變量僅僅是為了改變半徑件的厚度。形狀變量請參考：
03優化控制選項
這個例子中的形狀變量使用了離散變量，使用默認的優化算法時形狀變量可能會不起作用，這時需要加一個優化控制選項：
04優化結果中由形狀變量導致的形狀改變
05優化結果中由自由形狀變量導致的形狀改變
文章來源：Altair官方技術博客
展開 設置好的模型文件為：freeshape3D_ext_done.hm
03優化結果
04優化前的應力
05優化后的應力
計劃和市場都是調節經濟的手段，計劃經濟中可以有市場，形狀和自由形狀都是優化的手段，自由形狀優化和形狀優化也是可以同時使用的。
同時創建形狀變量和自由形狀變量
比如下圖中的零件既希望改變厚度（單一厚度）又希望同時進行變形形狀的優化?？梢酝瑫r創建形狀變量和自由形狀變量。
01自由形狀變量的節點
02形狀變量
形狀變量僅僅是為了改變半徑件的厚度。形狀變量請參考：
03優化控制選項
這個例子中的形狀變量使用了離散變量，使用默認的優化算法時形狀變量可能會不起作用，這時需要加一個優化控制選項：
04優化結果中由形狀變量導致的形狀改變
05優化結果中由自由形狀變量導致的形狀改變
文章來源：Altair官方技術論壇
展開 尺寸-形狀優化案例
優化對象：高x寬x厚是200*100*5,截面是矩形管；
優化變量：幾何高度，幾何寬度，板厚；
約束條件：矩形管整體應力小于某一值；
優化目標：重量減輕。
1采用hypermorph功能設置形狀變量區域
進入analysis-optimization面板，hypermorph功能。
選擇morph Volumes，對整個部件進行形狀變形，選擇視圖中所有單元，其余選項默認即可，create，效果如下圖：
2創建形狀變量
返回一級，進入morph面板，設置形狀變量
進入后，將界面設置如下，handle處選擇圖示8個紅點，沿著xyz方向縮放，默認縮放因子為1，臂的規格（mm）高x寬x厚是200x100，高的范圍120到200之間，寬50到100，設置對應方向的縮放因子，注意，先設置一個方向的變化，點擊右側morph。
之后左側切換為save shape，取個名稱，save之后，再點擊undo，回到上一步，重新設置另一個方向的變化。
給你的文件中設置了3個shape，先用shape1是先變形至最小狀態，然后2,3才是真正的形狀變量，擴大了上限。
3創建厚度變量
analysis-optimization-size，創建厚度變量，2mm-5mm
切換左側至第二項，做如下關聯：prop選擇對應的厚度屬性?？梢酝ㄟ^review查看已關聯的狀態。
展開 王平等[2]運用多目標遺傳算法結合多學科協同優化對車身吸能部件板厚及車門屈服應力作為變量，進行多目標優化設計；李錦等[3]基于靈敏度分析方法，以副車架部件厚度作為優化變量，進行強度和模態多目標優化；蔣榮超等[4]基于網格變形技術，對開口梁進行了形狀變量和厚度變量設計，以質量、疲勞、剛度為優化目標進行了優化設計。而對于結構較復雜的汽車扭轉梁結構，國內外關于其選型及形狀參數化設計的研究則少見報道[1-5]。
扭轉剛度是扭轉梁重要的固有性能之一，決定了扭轉梁在輪心反向跳動時抗扭轉能力。反映到整車車輛特性上，扭轉梁自身的扭轉可以有效降低車身側傾，扭轉剛度越大，對車身側傾減小程度越大；但是扭轉剛度過大，會影響整車平順性。在不同車型開發過程中，整車操穩性能要求的側傾剛度隨軸荷不同而要求不同。對于高軸荷車，因為側傾剛度要求較高，帶來扭轉剛度和彈簧剛度要求較大。扭轉剛度增大的方法從扭梁結構方面，主要包括形狀和尺寸變量，變量提升都會帶來質量及成本的提升。因此，滿足輕量化要求的扭轉梁后橋需要具備在質量較輕的同時具備較大的扭轉剛度。
1 扭轉梁截面參數化模型建立
由扭轉梁剛度公式可得到關鍵因子為外闊尺寸、尺寸變量及形狀變量。
如圖1所示閉口梁參數化模型，可實現形狀一定范圍內快速變化。
圖1 參數化模型
Fig.1 Parametric model
如圖2,3所示，開口梁參數化變量主要包括外闊尺寸、形狀變量、尺寸變量。形狀變量包括三個截面的高度和寬度，第二截面和第三截面的位置，以及開口方向（開口向下到開口向前連續變化），這些變量共同決定了橫梁應力的趨勢及剛度大小。尺寸變量包括橫梁和縱臂厚度，橫梁厚度直接影響扭梁剛度及耐久性能；而縱臂厚度直接影響濫用性能。
展開 本案例教程在于如何使用optistruct進行支架的形狀優化、自由形狀優化。其中，涉及到的知識點有形狀優化中形狀變量的創建；自由形狀優化中形狀變量的創建、變形約束壁障的建立；如何在optistruct中進行形狀優化及自由形狀優化。
自由形狀優化結果
形狀優化結果
具體操作部分見收費內容部分，相關模型及腳本文件見附件。凡購買本案例的朋友針對收費內容部分有疑問，可以一起交流。
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</li></ul><p><br></p><p><br></p><p><strong>車架界面尺寸參數創建</strong></p><p><br></p><p><br></p><p>使用 Hypermorph 對車架分別進行高度方向和寬度方向拉伸25mm，然后創建形狀尺寸設計變量，如圖2所示：</p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center
車架界面尺寸參數創建
使用 Hypermorph 對車架分別進行高度方向和寬度方向拉伸25mm，然后創建形狀尺寸設計變量，如圖2所示：
圖2 形狀尺寸變量
主體結構板厚參數創建
考慮板厚取整數，要先創建離散的變量值，然后創建主要結構件的板厚尺寸設計變量，如圖3和圖4所示：
6.2 DOE 變量維度拓展
過去做 DOE（試驗設計）時，只能把參數、形狀作為變量，新版界面把變量維度擴展到了 “子系統級”。比如同一個中間件有兩種不同的結構形式，不用通過參數調整生成，直接把這兩種結構作為兩個子系統，在 DOE 里設置為變量水平，就能快速對比不同子系統方案對性能的影響。
6.2 DOE 變量維度拓展
過去做 DOE（試驗設計）時，只能把參數、形狀作為變量，新版界面把變量維度擴展到了 “子系統級”。比如同一個中間件有兩種不同的結構形式，不用通過參數調整生成，直接把這兩種結構作為兩個子系統，在 DOE 里設置為變量水平，就能快速對比不同子系統方案對性能的影響。
其中內板前后端腔體大小變化（傾斜角）創建2個變量；主筋高度為1個變量；主筋間距為2個變量；主筋寬度為2個變量（左右對稱）；共計9個形狀變量。
圖1. 發罩內板參數示意模型
基于上述9個形狀設計變量，采用最優拉丁超立方方法進行DOE（實驗設計）分析，共計劃分120組發動機罩CAE模型，裝配后進行行人保護頭碰分析。
表1 結果對比
3 結論
本文以某型內燃機車司機室防撞柱為研究對象，以結構的質量為目標函數，以材料的許用應力為約束條件，以7個零件的可變尺寸和5種可變形狀為設計變量，研究了尺寸優化、尺寸與形狀聯合應用于輕量化設計的方法，得出以下結論：①在產品的詳細設計階段，當模型的仿真結果應力超過許用應力時，單純使用尺寸優化的方法雖然能降低結構的應力，但是增加了部分零件的尺寸厚度，增加了質量
01
形狀優化或者形狀+尺寸聯合優化
如果發現OptiSruct優化結果中的形狀變量幾乎都沒有變化，可以將優化的SHAPEOPT項調整為2來強制要求OptiStruct在優化過程調整形狀變量的值。
HyperMesh 新界面還支持在模型上查看變量的厚度，形狀變量的范圍，顯示優化結果的云圖和動畫等，操作起來更加友好。不過只有新界面的 HyperMesh 才有這些功能。
所以，又多了一個使用 HyperMesh 新界面的理由。
同時創建形狀變量和自由形狀變量
比如下圖中的零件既希望改變厚度（單一厚度）又希望同時進行變形形狀的優化?？梢酝瑫r創建形狀變量和自由形狀變量。
01自由形狀變量的節點
02形狀變量
形狀變量僅僅是為了改變半徑件的厚度。
尺寸（參數）優化：給定結構和用戶自定義的形狀變量，在滿足給定約束的前提下，針對目標函數尋找參數。
形狀優化：給定結構和用戶自定義的形狀變量，在滿足給定約束的前提下，針對目標函數尋找各個形狀的最佳變形比例。
自由形狀優化：針對給定結構修改邊界節點，在滿足給定約束的前提下，針對目標函數尋找各個節點的最佳位置。
