abaqus 拓撲分析的案例
Abaqus虛擬拓撲功能
虛擬拓撲工具集則幫助用戶在網格劃分過程中忽略不重要的細節,可將小面合并至相鄰面，可將小邊合并至相鄰邊，可忽略選擇的邊和頂點(與合并面和邊有相同的效果).
創建虛擬拓撲可以自動，自動虛擬拓撲對于大模型、復雜模型是非常有利的工具，可通過設置下面的參數進行較為準確的控制，達到批量處理幾何拓撲的效果，快速、準確、有效。
abaqus自動虛擬拓撲功能.pdf
基于ABAQUS的拱橋三維拓撲優化
關鍵詞：Abaqus；拱橋；拓撲優化；三維有限元
拓撲優化適合用于對不確定結構進行最優設計。一方面，此方法的靈活性要優于其他方法，因為它支持將任意形狀輸出作為結果。另一方面，結果并非總是直接可行。因此，拓撲優化常用在最初階段，方便指導后續設計。
實際操作時，我們將人為定義一個密度函數，幾何內各點處的值介于 0 和 1 之間。在結構力學仿真中，我們希望最大化梁的剛度。在結構力學問題中，最大化剛度等同于最小化柔度。從能量的角度來說，它還相當于最小化總應變能。
【模型信息】石拱橋為單跨橋梁結構，橋面長度64.4m，橋面寬度9.6~9.0m。主拱凈跨37.02m，拱券厚度1.03m，拱券軸線圓弧半徑27.82m，矢高7.05m，矢跨比1/5.25。
圖1 模型尺寸信息
【荷載&邊界設置】本次荷載選擇為自重和橋面均布荷載，在兩側拱腳處固結。
圖2 邊界條件設置
【優化參數設置】首先在ABAQUS中設置拓撲優化，選擇凍結荷載和邊界區域，然后設置應變能和體積，通過不斷縮小體積閾值實現規定條件下的最大剛度，本次體積閾值分別設置為0.1，0.2和0.3。
圖2 優化參數設置
【優化結果云圖】提取在不同閾值下的結構云圖。
圖3 結構優化結果(V≤0.3)
圖4 結構優化結果(V≤0.2)
圖5 結構優化結果(V≤0.1)
【優化結果曲線】提取在不同閾值下的體積及應變能變化值如下圖所示。
展開 Abaqus飛機起落架扭力臂拓撲優化
導讀
Abaqus除了可以對結構進行強度分析，同樣也自帶強大的優化功能，下面通過一個簡單的實例演示在Abaqus中進行拓撲優化，另外，如果需要更加強大的拓撲優化仿真，可以在TOSCA中進行。
定義接觸屬性
只創建接觸屬性，不定義任何參數，代表了創建光滑的硬接觸，接觸面選擇為扭力臂和銷釘的連接處，其中一個設置為tie。
由于扭力臂和銷釘有間隙，因此需要進行接觸穩定控制
創建完成后接觸界面如下
創建固定邊界條件
控制RP2自由度
創建負載如下
創建優化任務
創建最小應變能響應
創建體積響應
創建約束條件
提交計算，查看結果
展開 Abaqus拓撲優化仿真案例講解
Abaqus拓撲優化仿真案例講解
純電動客車骨架結構優化（模態分析、極限工況分析、靜力分析、拓撲優化）
六 對車頂進行優化
主要考慮車頂材料在考慮的工況范圍內能有較好的材料布置，在扭轉和彎曲兩種工況下進行拓撲優化。
1 建立車頂優化區域
設置車頂優化區域并添加空調及電池載荷
2 設置設計變量
注意設置對稱優化，保證一定的制造可行性
3 創建體積響應及多工況聯合響應
4 體積響應設置為優化約束
5 設置為優化目標
6 分析及后處理
七 根據拓撲優化結果重新布置車頂組件
1 重新建立幾何，創建有限元模型
2 完成模型彎曲及扭轉靜力學分析
彎曲工況下最大應力降低32Mpa
ADAS域的拓撲分析
ADAS域內部的架構拓撲有多種選項來實現自動駕駛的預期目標，下面通過兩個極端的例子來說明一下。
傳統的拓撲結構
這個拓撲圖比較傳統，按照功能分不同的ECU，如圖3所示，數據在不同ECU中進行處理，然后通過總線傳輸至中央融合ECU，該總線通常為低速總線CAN-FD。中央融合ECU用于處理fail safe，并且ECU內擁有兩個ASIL-D的MCU，用于冗余。另外中央融合ECU還負責定位，決策，路
徑規劃和執行控制，執行控制是通過中央網關將命令轉發至底盤域進行動作。
圖3 傳統的拓撲
基于上述拓撲典型的系統分區如下表所示。
全新的拓撲結構
第二種拓撲結構沒有繼承傳統的架構，重新進行了設計，目的是為了優化整體的性能和降低成本，其功能拓撲圖如圖4所示，在這種拓撲圖中，預融合ECU用于處理前方攝像頭和雷達的數據，Surround ECU處理周邊雷達，超聲波傳感器的數據，然后通過高速總線傳輸至中央融合ECU，該總線的傳輸速率要比第一種拓撲下的高，另外中央融合ECU中也采用了兩片ASIL-D MCU,用于處理fail safe，向第一種拓撲結構一樣，中央融合ECU負責定位，決策，路徑規劃和執行控制，并且通過中央網關將控制命令轉發至底盤域。
圖4 全新的拓撲結構
這種拓撲下功能分區如下表所示。
展開 基于ABAQUS的銑刀體結構拓撲優化
基于ABAQUS的銑刀體結構拓撲優化
ABAQUS多工況拓撲優化
有沒有人使用ABAQUS進行多工況多工況拓撲優化，使用折中規劃法公式如圖所示：
基于Abaqus優化模塊的汽車擺臂的拓撲優化 ￥8
概述
目前的產品結構設計大多靠經驗，規劃幾種設計方案，結合CAE 分析擇優選取，但規劃的設計方案并不一定是最優方案，故本文講解應用Abaqus 進行結構優化中的拓撲優化設計。
2. 優化設計基礎
2.1 結構優化
結構優化是一種對有限元模型進行多次修改的迭代求解過程，此迭代基于一系列約束條件向設定目標逼近，Abaqus 優化程序就是基于約束條件， 通過更新設計變量修改有限元模型，應用Abaqus進行結構分析，讀取特定求解結果并判定優化方向。
Abaqus提供了兩種基于不同優化方法的用于自動修改有限元模型的優化程序：拓撲優化（Topology optimization）和形狀優化（Shape optimization）。兩種方法均遵從一系列優化目標和約束。
2.2 拓撲優化
拓撲優化是在優化迭代循環中，以最初模型為基礎，在滿足優化約束（比如最小體積或最大位移）的前提下，不斷修改指定優化區域單元的材料屬性（單元密度和剛度），有效地從分析模型中移走單元從而獲得最優設計。其主體思想是把尋求結構最優的拓撲問題轉化為對給定設計區域尋求最優材料的分布問題。
Abaqus拓撲優化提供了兩種算法：通用算法（General Algorithm）和基于條件的算法（Condition-based Algorithm ）。
通用拓撲優化算法是通過調整設計變量的密度和剛度以滿足目標函數和約束，其較為靈活，可以應用到大多數問題中。相反，基于條件的算法則使用節點應變能和應力作為輸入數據，不需要計算設計變量的局部剛度，其更為有效，但能力有限。兩種算法達到優化目標的途徑不同，Abaqus 默認采用的是通用算法。
3.
展開 abaqus拓撲優化小算例
abaqus拓撲優化小算例
基于ANSYS的汽車轉向節拓撲優化仿真分析
5 最優拓撲優化建模方法的選取
5.1 建模方法的選擇原則
建模方法的選擇應基于以下原則：一是能夠準確描述結構的物理特性，即能夠忠實地反映結構的強度、剛度、穩定性等特性；二是能夠滿足多目標拓撲優化的需求，即能夠支持多目標優化的目標函數；三是能夠考慮各種工藝約束，即能夠滿足結構加工、裝配和使用等方面的工藝要求；四是具有較高的計算效率和可擴展性，即能夠快速進行優化計算，同時也能夠支持大規模復雜結構的優化。在選擇建模方法時，需要結合具體情況進行綜合考慮。例如，對于較為簡單的結構，可以采用基于有限元分析的建模方法；對于復雜的結構，可以考慮使用拓撲優化軟件等高級建模工具。此外，在進行建模方法的選擇時，還需要充分考慮優化結果的可行性和可實施性，確保最終的優化結果能夠得到有效實現。
5.2 建模方法的比較分析
在進行汽車轉向節的拓撲優化建模時，常見的建模方法包括有限元分析、拓撲優化軟件等。有限元分析是一種基于數值模擬的建模方法，可以對結構進行精細的計算和分析，但在進行多目標優化時存在一定的局限性。拓撲優化軟件則可以通過改變材料的分布和結構形狀來實現結構的優化設計，可以滿足多目標優化的要求。但其也存在一些缺陷，例如在考慮結構加工和裝配等工藝約束方面可能不夠全面。因此，在選擇建模方法時，需要根據具體情況進行綜合考慮。
在比較不同的建模方法時，需要對其進行綜合分析。例如，在計算效率和可擴展性方面，有限元分析的計算速度較快，且對于大規模復雜結構的計算也具有較高的可擴展性；而拓撲優化軟件則在進行多目標優化時具有優勢，同時也支持基于多種材料的優化。在考慮工藝約束方面，有限元分析可以考慮加工和裝配等工藝要求，而拓撲優化軟件也可以通過設定相應的工藝約束來滿足實際需求[3]。因此，在進行建模方法的比較分析時，需要綜合考慮不同的因素，選擇最為適合的建模方法。
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基于拓撲優化的壓縮機支架輕量化分析
通過上述三項試驗，最終驗證：該拓撲優化輕量化方案的壓縮機支架滿足模態、強度和耐久疲勞的設計目標要求。
4 結論
基于Optistruct拓撲優化分析，在滿足模態和結構強度要求的前提下，對壓縮機支架進行輕量化，使得壓縮機支架的重量由原方案的1.284kg降低到0.586kg，實現重量54.4%的輕量化，且通過錘擊模態測試、臺架隨機振動和道路耐久三項試驗。通過壓縮機拓撲優化輕量化分析，可得如下結論：
（1）為避免共振或耦合，壓縮機一階模態設計目標值建議大于發動機的最高轉速，在模態分析過程中需預留一定安全系數，故壓縮機分析一階模態目標值設為240Hz。
（2）進行拓撲優化輕量化分析優化時，單元網格尺寸和懲罰因對于拓撲優化結果有重要影響，在拓撲優化中需合理設置參數。（3）該壓縮機支架的拓撲優化輕量化分析方法和參數設置對今后汽車零部件的輕量化提供很好的技術路線和借鑒意義。
參考文獻：
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[2]相龍洋，左曙光，孫慶，等.汽車手動變速器振動噪聲特性試驗研究[J].制造業自動化，2013，35:50-53.
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展開 Abaqus拓撲優化（類扳手零件）仿真案例講解
Abaqus拓撲優化（類扳手零件）仿真案例講解
Abaqus點陣結構胞元拓撲優化
比如，我們期望結構比較抗壓，可以在分析時將載荷考慮為胞元靜水壓力形式的載荷（僅作用于預設的構架連接區域）。
模型的載荷設置
將用于進行胞元拓撲優化的原體中心置于坐標系原點，并施以關于三個坐標平面的對稱約束，優化設置的目標函數是應變能，使其最小化，約束為體積響應，使其最終小于等于10%的初始體積。
胞元優化結果
Abaqus可以按照最佳傳力路徑布置材料，從而優化出胞元結構，我們可以將優化后的結構導出，用于二次設計或有限元分析。
通過ATOM優化的點陣結構
ANSYS Workbench的拓撲優化分析
位移云圖：
應力云圖：
從優化前和優化后的對比來看，位移變化差異不大，應力由之前的46Mpa變為了51Mpa（在未驗證網格無關性的條件下），通過拓撲優化分析，可以使模型在不減少承重的情況下按照設置的參數進行優化來實現結構的拓撲，為未來的結構設計提供了思路。
源文件（版本19.2）：
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1ppAyz_u0481AmnHue6P-oA
提取碼：wheh
來源Workbench小學生
