ansys拓?fù)?/h1> 關(guān)注 創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys拓?fù)涞囊曨l教程
Ansys拓?fù)?/em>優(yōu)化系列
用ANSYS對(duì)自行車車架拓?fù)?/em>優(yōu)化Topology Optimization。 1.需要先進(jìn)行優(yōu)化區(qū)域切分。靜態(tài)分析。拓?fù)?/em>優(yōu)化分析設(shè)置。拓?fù)?/em>密度。 2.SpaceClaim光順化處理，拓?fù)?/em>優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證。
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基于ANSYS的拓?fù)?/em>優(yōu)化實(shí)例
基于ANSYS的拓?fù)?/em>優(yōu)化實(shí)例 圖示一個(gè)承載的彈性梁。梁兩端固定，承受兩個(gè)載荷工況。梁的一個(gè)面是用一號(hào)單元?jiǎng)澐值?，用?em>拓?fù)?/em>優(yōu)化，另一個(gè)面是用二號(hào)單元?jiǎng)澐值模蛔鲀?yōu)化。最后的形狀是單元1的體積減少50%。
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ansys拓?fù)涞膶?shí)例教程
拓?fù)?/em>優(yōu)化在工程設(shè)計(jì)中，常用于機(jī)械結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)和輕量化設(shè)計(jì)，ANSYS通用有限元分析軟件提供了強(qiáng)大的拓?fù)?/em>優(yōu)化功能，本文將通過一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例進(jìn)行展示。
【趙州橋簡(jiǎn)介】
趙州橋又稱安濟(jì)橋，坐落在河北省趙縣的洨河上，橫跨在37米多寬的河面上，因橋體全部用石料建成，當(dāng)?shù)胤Q做“大石橋”。建于隋朝開皇十一年至開皇十九年（公元591年－599年）之間，由著名匠師李春設(shè)計(jì)建造，距今已有1400多年的歷史，是當(dāng)今世界上現(xiàn)存最早保存最完整的古代單孔敞肩石拱橋。趙州橋是古代勞動(dòng)人民智慧的結(jié)晶，開創(chuàng)了中國(guó)橋梁建造的嶄新局面。
2015年榮獲石家莊十大城市名片之一。它是中國(guó)第一石拱橋，在漫長(zhǎng)的歲月中，雖然經(jīng)過無數(shù)次洪水沖擊、風(fēng)吹雨打、冰雪風(fēng)霜的侵蝕和8次地震的考驗(yàn)，卻安然無恙，巍然挺立在洨河之上。
趙州橋?yàn)橐蛔铣惺焦皹?，全長(zhǎng)50.82米，橋?qū)?.6米，橋高7.23米，主孔跨徑37.02米；主拱券等厚1.03米，上部有護(hù)拱石；主拱券兩側(cè)各有兩個(gè)凈跨分別為3.8米和2.85米的小拱，可增加過水面積16%；橋梁重2800噸。
【案例描述】
按照趙州橋的尺寸參數(shù)縮小100倍建模，模擬趙州橋長(zhǎng)為50.82mm，寬為9.6mm，高為7.23mm，在兩端下方增加寬2mm，高2mm的底座用于施加固定約束，在橋面上施加1000Mpa的壓力，求解橋體的變形和應(yīng)力，然后用ANSYS拓?fù)?/em>優(yōu)化工具對(duì)橋體優(yōu)化，得到體積為原來30%并且剛度最大的結(jié)構(gòu)。
【案例分析】
如案例描述過程，首先對(duì)實(shí)體模型結(jié)構(gòu)分析得到應(yīng)力和位移，然后用ANSYS拓?fù)?/em>優(yōu)化對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，最后對(duì)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)做驗(yàn)證分析。
【案例過程】
1）打開ANSYS WORKBENCH打開WORKBENCH建立靜力學(xué)分析系統(tǒng)，將單位改為Kg，mm，s系列。
展開 本文用ANSYS軟件對(duì)某客車車身進(jìn)行靜態(tài)有限元分析。在此基礎(chǔ)上，采用均勻化方法，以車架總?cè)岫葹槟繕?biāo)函數(shù)，以體積作為約束條件，對(duì)幾種工況下的車頂進(jìn)行了拓?fù)?/em>優(yōu)化設(shè)計(jì)。探討了拓?fù)?/em>優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，基本模型建立、優(yōu)化區(qū)域選擇、優(yōu)化過程控制及優(yōu)化結(jié)果分析與應(yīng)用等問題。實(shí)現(xiàn)了拓?fù)?/em>優(yōu)化在汽車結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用
ANSYS結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化設(shè)計(jì).doc
ANSYS Workbench 拓?fù)?/em>優(yōu)化新功能案例分享
作者：大龍貓 fwz0703@163.com
ANSYS最新版的拓?fù)?/em>優(yōu)化功能又有了新的進(jìn)步，設(shè)置的條件選項(xiàng)方法的不同，導(dǎo)致的結(jié)果的不同，下面查看其中幾個(gè)案例導(dǎo)致的不同形狀結(jié)果
1.約束中的subtype設(shè)置為housing
設(shè)置方法如圖所示，選擇類型housing即可，下方選擇相應(yīng)的保留面，如圖所示。
模型中端蓋的孔收到側(cè)向力的作用，固定底面的螺釘孔，優(yōu)化的結(jié)果可以看到默認(rèn)為中間鏤空的方式，而如果選擇內(nèi)表面不去除就可以得到完整的內(nèi)表面模型。
另外一個(gè)模型為中間圓孔收到旋轉(zhuǎn)扭矩的作用，還有向下的壓力，固定底面四個(gè)角的位置，得到的結(jié)果如圖所示，根據(jù)實(shí)際情況控制中間鏤空或者填充
2.約束中的subtype設(shè)置為pull out direction，選項(xiàng)為stamping
設(shè)置方法如圖所示，選擇類型為stamping即可，下方選擇pull out的方向，如圖所示。
模型的約束條件同上，得到的結(jié)果如圖所示。四個(gè)側(cè)面出現(xiàn)凹陷，但是保留內(nèi)部的圓弧面
3.約束中的subtype設(shè)置為pull out direction，選項(xiàng)為no-hole
設(shè)置方法如圖所示，選擇類型為no-hole即可，下方選擇方向，如圖所示。
模型的約束條件為三個(gè)個(gè)螺釘孔固定，優(yōu)化的結(jié)果可以看到默認(rèn)的為中間鏤空的效果，而添加去除孔的效果后其中間用薄平面填充
4.約束中的subtype設(shè)置為圓周對(duì)稱方式，選項(xiàng)為4個(gè)
設(shè)置方法如圖所示，選擇類型cyclic Repetition即可，下方選擇方向和中心軸的方向，如圖所示。
展開 其特點(diǎn)是引入假設(shè)材料密度定義為設(shè)計(jì)變量，并人為定義材料應(yīng)力、彈性模量等物理參數(shù)與假設(shè)材料之間的關(guān)系式，優(yōu)化時(shí)單元的相對(duì)密度處于0和1之間連續(xù)變化，通過密度變量顯示材料的最優(yōu)分布來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的拓?fù)?/em>優(yōu)化。
變密度法設(shè)計(jì)變量較少，計(jì)算求解過程較簡(jiǎn)單，計(jì)算效率較高，大多應(yīng)用于解決工程實(shí)際問題， 特別適合對(duì)解決多工況受力結(jié)構(gòu)、復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的拓?fù)?/em>優(yōu)化問題。
4 ANSYS Mechanical拓?fù)?/em>優(yōu)化模塊
ANSYS在R18版本后對(duì)拓?fù)?/em>優(yōu)化功能進(jìn)行了改進(jìn)加強(qiáng)，推出了完整的拓?fù)?/em>優(yōu)化模塊(Topology Optimization)，并且對(duì)于該模塊與其他模塊之間的協(xié)同仿真流程進(jìn)行了梳理與加強(qiáng)，使用起來會(huì)更加方便。
拓?fù)?/em>優(yōu)化模塊可以在靜力分析或模態(tài)分析后進(jìn)行，可以保護(hù)綁定接觸關(guān)系，只能針對(duì)2D或3D實(shí)體模型。優(yōu)化目標(biāo)可以是：最小柔度（剛度最大化），最大固有頻率，最小質(zhì)量或體積等；約束條件主要有：質(zhì)量、體積、等效應(yīng)力、位移、固有頻率等。并且優(yōu)化后的模型可以直接導(dǎo)出，并進(jìn)行優(yōu)化后模型的分析與驗(yàn)證。
5 ANSYS Mechanical拓?fù)?/em>優(yōu)化實(shí)例
5.1 優(yōu)化分析流程
下面以某個(gè)受內(nèi)部壓力的圓筒結(jié)構(gòu)為對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行拓?fù)?/em>優(yōu)化。在進(jìn)行拓?fù)?/em>優(yōu)化前，先對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，得到靜力分析結(jié)果，然后在靜力分析基礎(chǔ)上進(jìn)行拓?fù)?/em>優(yōu)化，計(jì)算流程如圖1所示。
圖1 拓?fù)?/em>優(yōu)化流程圖
5.2 約束及加載
圓筒內(nèi)部施加750psi內(nèi)壓，圓筒外法蘭盤上的安裝孔上施加固定約束。
展開 采用拓?fù)?/em>優(yōu)化可在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度基本不變的前提下使原有結(jié)構(gòu)質(zhì)量降低，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，亦可使結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)一步提高，解決傳統(tǒng)方法對(duì)于質(zhì)量降低和剛度提高之間的矛盾。同時(shí)，拓?fù)?/em>優(yōu)化可為設(shè)計(jì)工程師的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)提供參考，令設(shè)計(jì)人員腦洞大開。另外，因質(zhì)量得到降低，所以結(jié)構(gòu)的一階固有頻率也會(huì)有所提高，可以有效改善振動(dòng)噪音問題。
下面具體介紹使用ANSYS Workbench進(jìn)行拓?fù)?/em>優(yōu)化的流程和分析步驟：
1.拓?fù)?/em>優(yōu)化分析流程
首先建立靜力學(xué)分析（或模態(tài)分析），然后進(jìn)行拓?fù)?/em>優(yōu)化，最后進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，如圖1所示。
圖1 ANSYS Workbench拓?fù)?/em>優(yōu)化分析流程
2.ANSYS Workbench拓?fù)?/em>優(yōu)化分析步驟
2.1、建立拓?fù)?/em>優(yōu)化分析模塊
從Workbench界面左側(cè)工具欄中雙擊靜力學(xué)分析模塊（或模態(tài)分析模塊），然后將拓?fù)?/em>優(yōu)化分析模塊拖至靜力學(xué)分析模塊（或模態(tài)分析模塊）“solution”項(xiàng)，見圖2。
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Ansys Mechanical 拓?fù)?/em>優(yōu)化仿真解決方案；2. 輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分析。
今日16:00，Ansys官方『Ansys 結(jié)構(gòu)輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)解決方案及案例分析』介紹Ansys Mechanical拓?fù)?/em>優(yōu)化仿真解決方案，以及輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程案例分析，感興趣的下滑預(yù)約學(xué)習(xí)??
時(shí)間：5月12日（星期二），16:00-17:00
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Ansys Mechanical 拓?fù)?/em>優(yōu)化仿真解決方案；2. 輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分析。
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5/13 | Ansys高校系列專題：方程式賽車的智能化仿真設(shè)計(jì)
主題簡(jiǎn)介：1.
Ansys Mechanical 拓?fù)?/em>優(yōu)化仿真解決方案 </p><p>2.輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分析</p><p><strong>掃碼立即報(bào)名</strong></p><p class="ql-align-center"><strong>(web: </strong><a href="https://s.jishulink.com/ITgmwV" rel="noopener noreferrer
拓?fù)鋬?yōu)化是一種數(shù)學(xué)方法，它通過滿足先前建立的給定約束并最小化預(yù)定義的成本函數(shù)，在空間上優(yōu)化定義域內(nèi)材料的分布。本教程的主要目的是通過拓?fù)鋬?yōu)化優(yōu)化三角支架的材料密度并將其降低 50%。
第 1 步：概述
第 2 步：分析程序
作為第一步，對(duì)三角支架進(jìn)行了分析，以獲得最大變形、最大應(yīng)力（關(guān)注點(diǎn)）和最小安全系數(shù)。
作為第 2 步，實(shí)施了結(jié)構(gòu)（拓?fù)洌﹥?yōu)化分析以降低材料密度。
最后一步
基于2023ANSYS WORKBENCH拓?fù)?/em>優(yōu)化
圓柱體拓?fù)鋬?yōu)化。
載荷邊界條件
靜力分析結(jié)果
拓?fù)鋬?yōu)化邊界條件
拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果
摘 要：本研究基于ANSYS軟件，針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化展開了仿真分析。首先，針對(duì)不同的工藝約束，建立了多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化目標(biāo)函數(shù)，通過比較不同拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的區(qū)別和優(yōu)劣勢(shì)，選取了最優(yōu)的拓?fù)鋬?yōu)化建模方法。隨后，根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，建立了工程化結(jié)構(gòu)數(shù)模。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在所建立的多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化目標(biāo)函數(shù)下，得到了一種在工藝約束下最優(yōu)的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且該結(jié)構(gòu)具有較好的力學(xué)性能和穩(wěn)定性，可為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考
前述文章詳細(xì)講述了ANSYS的操作步驟及使用技巧，如ANSYS Workbench線性結(jié)構(gòu)靜力分析實(shí)例操作、干貨 | ANSYS Workbench瞬態(tài)分析時(shí)間步設(shè)置方法、ANSYS Workbench結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化方法等，本文將詳細(xì)介紹Patran/Nastran有限元分析流程。
將模型導(dǎo)入ANSYS仿真軟件中，利用ANSYS中的共享拓?fù)?/em>特征對(duì)從動(dòng)活塞進(jìn)行進(jìn)一步劃分。共享拓?fù)洳僮鞯哪繕?biāo)是保證鏈接的實(shí)體具有共享的面，這使得創(chuàng)建共形網(wǎng)格變得更加容易。彈簧端粘合到支撐件上，并且從動(dòng)件支架使用固定支撐件命令進(jìn)行固定，因?yàn)樗鼮閺椈商峁┝俗枇Α＃ū?）
表 1 .
在ansys workbench中拓?fù)?/em>優(yōu)化分析流程如下所示。
以下圖所示結(jié)構(gòu)為例，演示拓?fù)鋬?yōu)化分析的過程，優(yōu)化條件如下：
最大應(yīng)力小于1000PSI；質(zhì)量去除50%；結(jié)構(gòu)材料為結(jié)構(gòu)鋼；結(jié)構(gòu)承受750psi的內(nèi)壓，兩端的安裝孔固定約束。
