ansys14 拓?fù)鋬?yōu)化
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys14 拓?fù)鋬?yōu)化的視頻教程
基于ansys workbench 的拓?fù)?/em>優(yōu)化——梁，支架 受力優(yōu)化
1.學(xué)習(xí)型仿真工程師； 2.結(jié)構(gòu)仿真工程師初學(xué)者； 3.需要對(duì)結(jié)構(gòu)降本，縮小體積及及其他方面的優(yōu)化。 基于Ansys workbench 2021R1版本的支架和梁?jiǎn)卧?em>拓?fù)鋬?yōu)化操作。（課程內(nèi)包含模型建立及詳細(xì)模型設(shè)置）
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Ansys拓?fù)?/em>優(yōu)化系列
用ANSYS對(duì)自行車車架拓?fù)鋬?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)鋬?yōu)化分析設(shè)置。拓?fù)?/em>密度。 2.SpaceClaim光順化處理，拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果驗(yàn)證。
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ANSYS workbench topology拓?fù)?/em>優(yōu)化
ANSYS workbench topology拓?fù)鋬?yōu)化 拓?fù)鋬?yōu)化模塊的基本原理和使用方法 對(duì)于汽車輪轂的優(yōu)化，對(duì)于飛機(jī)火箭上的零件需要輕量化的時(shí)候，拓?fù)鋬?yōu)化分析在滿足強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，可以獲取最優(yōu)的形狀，拓?fù)鋬?yōu)化對(duì)于減輕零件的質(zhì)量有很好的指導(dǎo)意義。本視頻通過(guò)ANSYS中的拓?fù)鋬?yōu)化模塊的講解，使大家有個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，能夠完成部分零件的減重分析。
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ansys14 拓?fù)鋬?yōu)化的實(shí)例教程
現(xiàn)有一抬杠零件如圖：
材料為POM 擬采用拓?fù)?/em>分析進(jìn)行優(yōu)化。
首先將產(chǎn)品要優(yōu)化位置根據(jù)功能構(gòu)圖成一規(guī)則形狀。如下圖：
在pore中選擇工具，點(diǎn)擊ANSYS14.5，再選擇ANSYS Workbench進(jìn)入 Workbench。
在Toolbox中點(diǎn)擊ShapeOptimization(Beta),按住鼠標(biāo)拉到右邊的Project Schematic
雙擊Model進(jìn)入Mechanical
如圖設(shè)置好拉力30N及固定約束。
選擇材料為POM
調(diào)整網(wǎng)格密度為 1.0mm
選擇優(yōu)化目標(biāo)為減少體積60%
按Solve開(kāi)始求解。
等計(jì)算完成。
點(diǎn)擊Shape Finder 看結(jié)果
選擇Capped IsoSurfaces 可以得到有用的位置。
參照這個(gè)形狀，重新設(shè)計(jì)了抬杠。
如下圖
對(duì)新舊設(shè)計(jì)靜力結(jié)構(gòu)分析。
總結(jié)：對(duì)于很多時(shí)候，在沒(méi)有可參考的情況下，要設(shè)計(jì)出最省料的結(jié)構(gòu)是比較難的。通過(guò)拓?fù)?/em>分析，可以提供參考，在設(shè)計(jì)初期就避免浪費(fèi)材料，設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)。特別是產(chǎn)量比較高的產(chǎn)品，減少1g重量，在整個(gè)產(chǎn)品周期，可以省下來(lái)的成本幾十萬(wàn)，而這其實(shí)也就用半天的時(shí)間就可以算完的。會(huì)計(jì)算的工程師的價(jià)值就體現(xiàn)在這里。
展開(kāi) 請(qǐng)大師給看一下：
在workbench平臺(tái)上做拓?fù)鋬?yōu)化，載荷和受力設(shè)置正常，后處理正常，但是無(wú)法查看拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)果
產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)初期，單純的憑借經(jīng)驗(yàn)以及想象對(duì)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)往往是不夠的，在適當(dāng)約束條件下，如果能充分利用“拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)”進(jìn)行分析，并結(jié)合豐富的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)出更能滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)方案、工藝要求以及更質(zhì)輕質(zhì)優(yōu)的產(chǎn)品。
拓?fù)鋬?yōu)化（topology optimization）是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，將區(qū)域離散成足夠多的子區(qū)域，借助FEM分析技術(shù)按照指定的優(yōu)化策略、約束準(zhǔn)則、目標(biāo)等從這些區(qū)域中刪除一定數(shù)量單元，用保留下來(lái)的單元描述結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)?/em>，發(fā)揮系統(tǒng)材料最大利用率。拓?fù)鋬?yōu)化后，通常需要對(duì)其產(chǎn)生的結(jié)果模型進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，完全復(fù)制拓?fù)鋬?yōu)化前的邊界條件進(jìn)行仿真計(jì)算。
以往版本需要在WorkBench中添加后續(xù)分析模塊去驗(yàn)證優(yōu)化后的模型。拓?fù)鋬?yōu)化后的仿真計(jì)算設(shè)計(jì)驗(yàn)證過(guò)程如下圖所示。先在拓?fù)?/em>結(jié)果中生成光順平滑的 STL 模型后，再在 Workbench 中通過(guò)“Transfer to Design Validation System”將優(yōu)化結(jié)果傳遞至驗(yàn)證系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)生成位于拓?fù)鋬?yōu)化系統(tǒng)上游的相同類型的Mechanical系統(tǒng)，并繼承之前的全部計(jì)算載荷和約束。創(chuàng)建該驗(yàn)證工作流程，分為四步，在創(chuàng)建的驗(yàn)證系統(tǒng)中去劃分網(wǎng)格運(yùn)行計(jì)算及查看設(shè)計(jì)結(jié)果。
前面版本雖然可以比較方便地把優(yōu)化后的模型導(dǎo)入到新的靜力學(xué)結(jié)構(gòu)仿真中，進(jìn)行優(yōu)化模型的驗(yàn)證，但2022R1版本新增擁有了更便捷的功能，可以直接在結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)中查看優(yōu)化后的力學(xué)特性，即允許用戶直觀可視化最終設(shè)計(jì)的結(jié)果（變形、應(yīng)力、特征值模態(tài)等），更方便快速檢查和驗(yàn)證力學(xué)行為。
展開(kāi) 1.優(yōu)化拓?fù)?/em>的數(shù)學(xué)模型
優(yōu)化拓?fù)?/em>的數(shù)學(xué)解釋可以轉(zhuǎn)換為尋求最優(yōu)解的過(guò)程，對(duì)于他的描述是：給定系統(tǒng)描述和目標(biāo)函數(shù)，選取一組設(shè)計(jì)變量及其范圍，求設(shè)計(jì)變量的值，使得目標(biāo)函數(shù)最小（或者最大）。一種典型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
優(yōu)化拓?fù)?/em>所要進(jìn)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算目標(biāo)就是，求取合適的設(shè)計(jì)變量v，并使得目標(biāo)函數(shù)值最小。
2基于ANSYS的優(yōu)化拓?fù)?/em>的一般過(guò)程
在ANSYS中，進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?/em>，一般分為6個(gè)步驟。具體流程見(jiàn)下圖：
優(yōu)化拓?fù)?/em>操作流程圖
各個(gè)步驟的具體操作解釋如下：
1、定義需要求解的結(jié)構(gòu)問(wèn)題
對(duì)于結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析，定義結(jié)構(gòu)的物理特性必不可少，例如，需要定義結(jié)構(gòu)的楊氏模量、泊松比（其值在0.1～0.4之間）、密度等相關(guān)的結(jié)構(gòu)特性方面的信息，以供結(jié)構(gòu)計(jì)算能夠正常執(zhí)行下去。
2、選擇合理的優(yōu)化單元類型
在ANSYS中，不是所有的單元類型都可以執(zhí)行優(yōu)化的，必須滿足如下的規(guī)定：
（1）2D平面單元：PLANE82單元和PLANE183單元； （2）3D實(shí)體單元：SOLID92單元和SOLID95單元； （3）殼單元：SHELL93單元。 上述單元的特性在幫助文件中有詳細(xì)的說(shuō)明，同時(shí)對(duì)于2D單元，應(yīng)使用平面應(yīng)力或者軸對(duì)稱的單元選項(xiàng)。
3、指定優(yōu)化和非優(yōu)化的區(qū)域
在ANSYS中規(guī)定，單元類型編號(hào)為1的單元，才執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算；否則，就不執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算。
展開(kāi) 拓?fù)鋬?yōu)化
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ansys14 拓?fù)鋬?yōu)化的最新內(nèi)容
拓?fù)鋬?yōu)化是一種數(shù)學(xué)方法，它通過(guò)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(guò)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)鋬?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(kāi)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(guò)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
在ansys workbench中拓?fù)鋬?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(guò)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。
拓?fù)鋬?yōu)化的邊界條件設(shè)置如下，設(shè)置對(duì)應(yīng)的優(yōu)化區(qū)域，載荷約束條件區(qū)域?yàn)榉莾?yōu)化區(qū)域，設(shè)置最大應(yīng)力和去除質(zhì)量的約束條件
產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)初期，單純的憑借經(jīng)驗(yàn)以及想象對(duì)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)往往是不夠的，在適當(dāng)約束條件下，如果能充分利用“拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)”進(jìn)行分析，并結(jié)合豐富的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)出更能滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)方案、工藝要求以及更質(zhì)輕質(zhì)優(yōu)的產(chǎn)品。
拓?fù)鋬?yōu)化（topology optimization）是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，將區(qū)域離散成足夠多的子區(qū)域
ANSYS Workbench 拓?fù)鋬?yōu)化新功能案例分享
作者：大龍貓 fwz0703@163.com
ANSYS最新版的拓?fù)鋬?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。
『點(diǎn)擊觀看直播回放』
隨著增材制造以及拓?fù)鋬?yōu)化概念日益深入人心，其應(yīng)用也愈發(fā)復(fù)雜。Ansys 2020 R2拓?fù)鋬?yōu)化和增材制造相關(guān)的新功能也與時(shí)俱進(jìn)，為您更復(fù)雜的設(shè)計(jì)和更高精尖的研發(fā)提供軟件保證。
此次網(wǎng)絡(luò)直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會(huì)后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來(lái)詢問(wèn)，在此附上本場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容，供大家回看學(xué)習(xí)。
▼▼▼2020 Ansys網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)有獎(jiǎng)反饋
時(shí)間：8月25日 16:00
培訓(xùn)內(nèi)容：
本次研討會(huì)將帶來(lái)拓?fù)鋬?yōu)化新功能以及增材制造新功能的詳細(xì)介紹：
拓?fù)鋬?yōu)化新功能：
適用于更復(fù)雜問(wèn)題的優(yōu)化區(qū)域、幾何約束設(shè)置
提升優(yōu)化性能
更簡(jiǎn)便地優(yōu)化驗(yàn)證流程
適用于制造生產(chǎn)的尺寸控制增材制造新功能：
統(tǒng)一區(qū)域創(chuàng)建多種支撐
采用拓?fù)鋬?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)鋬?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(kāi)。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(wèn)題。
下面具體介紹使用ANSYS Workbench
來(lái)源：安世中德（北京）咨詢有限公司 寇曉東
