結構優化
關注創建者：遲墨 創建時間：2015-12-07
結構優化的視頻教程
ADAMS結構優化設計，六連桿沖壓機構優化設計演示
ADAMS結構優化設計，六連桿沖壓機構優化設計演示。主要講解了ADAMS結構優化設計的一般流程，六連桿沖壓機構優化設計的講解和操作演示。使用軟件版本為ADAMS2010.
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結構優化的發展、方法、軟件及行業應用
結構優化的發展、方法、軟件及行業應用 適用人群：致力于結構輕量化、結構性能優化的設計工程師或者仿真工程師。 結構優化的發展、方法、軟件及行業應用【已結束】 直播時間：2019-06-03 10:00 課程大綱： 此次課程結構優化領域專家周明博士將與廣大用戶全方位分享結構優化的發展、方法、軟件及行業應用等相關內容。 1. 結構優化的歷史簡介; 2. 結果優化算法的主要方面； 3.
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永磁同步電機力波和NVH分析以及結構優化探討
本研討會將對電磁力的力波進行深入研究和分析，然后針對一款電機進行NVH的仿真分析，從振動加速度和模態定位出共振的電磁力時空特性，為電磁結構優化鎖定目標；最后我們為大家分享基本的結構優化思路和方法，為學員們的電磁減噪提供思路。
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結構優化的實例教程
產品概念設計初期，單純的憑借經驗以及想象對零部件進行設計往往是不夠的，在適當約束條件下，如果能充分利用“拓撲優化技術”進行分析，并結合豐富的產品設計經驗，可以設計出更能滿足產品結構技術方案、工藝要求以及更質輕質優的產品。
拓撲優化（topology optimization）是一種根據給定的負載情況、約束條件和性能指標，在給定的區域內對材料分布進行優化的數學方法，將區域離散成足夠多的子區域，借助FEM分析技術按照指定的優化策略、約束準則、目標等從這些區域中刪除一定數量單元，用保留下來的單元描述結構的最優拓撲，發揮系統材料最大利用率。拓撲優化后，通常需要對其產生的結果模型進行設計驗證，完全復制拓撲優化前的邊界條件進行仿真計算。
以往版本需要在WorkBench中添加后續分析模塊去驗證優化后的模型。拓撲優化后的仿真計算設計驗證過程如下圖所示。先在拓撲結果中生成光順平滑的 STL 模型后，再在 Workbench 中通過“Transfer to Design Validation System”將優化結果傳遞至驗證系統，系統自動生成位于拓撲優化系統上游的相同類型的Mechanical系統，并繼承之前的全部計算載荷和約束。創建該驗證工作流程，分為四步，在創建的驗證系統中去劃分網格運行計算及查看設計結果。
前面版本雖然可以比較方便地把優化后的模型導入到新的靜力學結構仿真中，進行優化模型的驗證，但2022R1版本新增擁有了更便捷的功能，可以直接在結構優化系統中查看優化后的力學特性，即允許用戶直觀可視化最終設計的結果（變形、應力、特征值模態等），更方便快速檢查和驗證力學行為。
展開 產品概念設計初期，單純的憑借經驗以及想象對零部件進行設計往往是不夠的，在適當約束條件下，如果能充分利用“拓撲優化技術”進行分析，并結合豐富的產品設計經驗，可以設計出更能滿足產品結構技術方案、工藝要求以及更質輕質優的產品。
拓撲優化（topology optimization）是一種根據給定的負載情況、約束條件和性能指標，在給定的區域內對材料分布進行優化的數學方法，將區域離散成足夠多的子區域，借助FEM分析技術按照指定的優化策略、約束準則、目標等從這些區域中刪除一定數量單元，用保留下來的單元描述結構的最優拓撲，發揮系統材料最大利用率。拓撲優化后，通常需要對其產生的結果模型進行設計驗證，完全復制拓撲優化前的邊界條件進行仿真計算。
以往版本需要在WorkBench中添加后續分析模塊去驗證優化后的模型。拓撲優化后的仿真計算設計驗證過程如下圖所示。先在拓撲結果中生成光順平滑的 STL 模型后，再在 Workbench 中通過“Transfer to Design Validation System”將優化結果傳遞至驗證系統，系統自動生成位于拓撲優化系統上游的相同類型的Mechanical系統，并繼承之前的全部計算載荷和約束。創建該驗證工作流程，分為四步，在創建的驗證系統中去劃分網格運行計算及查看設計結果。
前面版本雖然可以比較方便地把優化后的模型導入到新的靜力學結構仿真中，進行優化模型的驗證，但2022R1版本新增擁有了更便捷的功能，可以直接在結構優化系統中查看優化后的力學特性，即允許用戶直觀可視化最終設計的結果（變形、應力、特征值模態等），更方便快速檢查和驗證力學行為。
展開 結構優化發展現狀（簡）
1854年，Mexwell建立了最佳結構設計的布局理論，其后于1904年由Michell完成了該理論的概念擴充和首次應用。20世紀40年代提出的同時破壞方式理論假定，認為整個結構破壞時每個元件都達到強度極限就是最佳結構，但這里的同時是指單工況的情況，這些工作可見Shanl-ey、Gerard和Cox等人的著作。其后由同時破壞方式理論推廣產生的滿應力設計法并開始在結構優化中得到一些應用。Schmit于1960年提出將結構分析的有限元素法與數學規劃法結合，從而把-數學規劃引進結構設計領域以處理含不等式約束條件的結構優化問題，首次構造了多工況作用下彈性結構優化設計的數學模型并提出了應用數學規劃求解的方法，從此結構-優化設計才較快的發展為一門獨立的學科。隨后，針對應力、位移、頻率等不同約束的結構優化問題，研究者相繼采用線性規劃法、梯度投影法、可行方向法以及罰函數法等各種不同的方法來求解。但這種直接采用-數學規劃方法而不考慮力學特性的算法效率不高，如計算量大、收斂較慢。為此，優化準則法才開始得到大量研究和廣泛應用。準則法是通過力學概念或工程經驗來建立相應的最優設計準則，具有物理意義明確、方法相對簡便、優化中結構重分析-次數少、收斂速度較快等優點。
1968年，Prager等針對簡單連續體問題提出了解析形式的優化準則，后來發展為連續型優化準則。
1969年，Venkayya和Gellatly等開始發展離散型優化準則。
1976年，Schmit等提出了結構優化的近似概念。
1979年，Fleury等首先把對偶理論引入到結構優化問題上來利用可分離問題的對偶規劃進行求解，也取得了與DOC法相近的計算結果。
展開 拓撲優化按研究的結構對象可分為兩大類：離散體結構拓撲優化，如桁架、剛架、加強筋板、膜等骨架結構及它們的組合；連續體結構拓撲優化，如二維板殼、三維實體。
離散結構拓撲優化的歷史可以追溯到1904年由Michell提出的桁架理論，Michell的理論只能用于單工況并依賴于選擇適當的應變場。
其后陸續提出了一些優化方法，其中最有代表性的是Dorn、Gomory和Greenberg等提出的基結構方法（Ground structure approach）。基結構方法克服了Michell桁架理論的不適應性，將數值方法引入結構優化領域，建立由結構節點、載荷作用點和支撐點組成的節點集合，集合中的所有節點之間用桿件連接，形成所謂的基結構，以基結構作為初始設計，以桿件面積作為設計變量，采用優化算法優化桿件面積。
20世紀60年代初Schmit將結構優化問題表述為數學規劃問題，并采用數學規劃算法求解，成為結構優化領域的一個重要里程碑。包括桁架結構優化在內的離散結構拓撲優化已比較成熟，國內外已有很多深入的研究和文獻。
近年來連續體結構拓撲優化理論得到了較快發展，是結構優化領域研究的難點和熱點問題。連續體結構優化按照設計變量的類型和求解問題的難易程度可分為尺寸優化（尺寸變量）、形狀優化（形狀變量）、和拓撲優化（拓撲變量）三個層次，分別對應于三個不同的產品設計階段，即詳細設計、基本設計及概念設計三個階段。
在保持結構的形狀和拓撲結構不變的情況下，尋求結構組件的最佳截面尺寸以及最佳材料性能的組合關系，優化截面的最優面積（如桁架），選擇板的最佳厚度等。其特點是設計變量容易表達，求解理論和方法成熟。
優化結構的結構拓撲關系保持不變，而設計域的形狀和邊界發生變化，尋求結構最理想的邊界和幾何形狀，在骨架結構中表現為優化節點的最優位置，在實體結構中表現為對結構的邊界形狀進行優化。
展開 拓撲優化按研究的結構對象可分為兩大類：離散體結構拓撲優化，如桁架、剛架、加強筋板、膜等骨架結構及它們的組合；連續體結構拓撲優化，如二維板殼、三維實體。
離散結構拓撲優化的歷史可以追溯到1904年由Michell提出的桁架理論，Michell的理論只能用于單工況并依賴于選擇適當的應變場。其后陸續提出了一些優化方法，其中最有代表性的是Dorn、Gomory和Greenberg等提出的基結構方法（Ground structure approach）。基結構方法克服了Michell桁架理論的不適應性，將數值方法引入結構優化領域，建立由結構節點、載荷作用點和支撐點組成的節點集合，集合中的所有節點之間用桿件連接，形成所謂的基結構，以基結構作為初始設計，以桿件面積作為設計變量，采用優化算法優化桿件面積。20世紀60年代初Schmit將結構優化問題表述為數學規劃問題，并采用數學規劃算法求解，成為結構優化領域的一個重要里程碑。包括桁架結構優化在內的離散結構拓撲優化已比較成熟，國內外已有很多深入的研究和文獻。
近年來連續體結構拓撲優化理論得到了較快發展，是結構優化領域研究的難點和熱點問題。連續體結構優化按照設計變量的類型和求解問題的難易程度可分為尺寸優化（尺寸變量）、形狀優化（形狀變量）、和拓撲優化（拓撲變量）三個層次，分別對應于三個不同的產品設計階段，即詳細設計、基本設計及概念設計三個階段。
結構優化設計簡介.pdf
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結構優化的最新內容
本文原刊登于Ansys.com：《Boost Your Ansys Workflow: 5 Tips for Faster, More Accurate Structural Checks》
編輯整理：邱成宇 | Ansys 高級應用工程師
在結構工程中，精度和效率是必須滿足的目標。由于項目變得越來越復雜，能夠在確保符合行業標準的同時簡化工作流程，對于取得成功的結果非常關鍵。
本文將介紹使用
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</div><p><strong>5/12 | Ansys 結構輕量化優化設計解決方案及案例分析</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202605/imgs/a771fedfa5f749618a9f5d3ceffae74d
挑戰/需求
作者所在機構希望通過仿真工具探究電子膨脹閥不同開度下制冷劑的空化特性，靈活更改閥開度及閥芯結構，模擬開度和結構變化后空化現象、流量、氣相比例、湍動能及流動噪聲的變化；仿真結果需與實驗結果相近，從而為電子膨脹閥的結構優化和降噪設計節約時間與成本。
我們通過調整代碼結構、優化編譯選項，讓 OpenRadioss 真正跨過了這個門檻，并且驗證了它在萬核級別的穩定性和可擴展性。
在平臺上，這是一次對國產超算的深度適配。
在太湖之光x86架構超算上順利跑通一萬進程，證明了國產超算平臺和開源軟件可以高效協同。這為未來更多工程級應用遷移到國產平臺提供了實踐依據。
應用上，這是邁向更大規模仿真的關鍵一步。
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</div><p><strong style="color: rgb(212, 20, 20);">? 亮點二：</strong><strong>圍繞高風險區域進行細致產品結構優化
拓撲優化（Topology Optimization）:
· 一種結構優化方法，用于確定結構內部孔洞的數量、位置和形狀以及連接方式，從而得到最優的材料布局。
識別風敏感區域（角區、女兒墻），優化結構布置與阻尼系統設計，提升抗風安全性。
Ansys Fluent 中的分析顯示了格拉斯哥建筑物周圍的風速
2.通風設計優化
宏觀尺度可針對建筑群體（街區、校園），微觀尺度聚焦單體建筑布局，建立詳細的CFD三維模型，輸入當地氣象數據。
這種革命性的效率躍升，為依賴成千上萬次模擬迭代的蒙特卡洛分析、材料不確定性傳播以及微觀結構優化設計真正掃清了算力障礙 。
圖3 拓撲優化參數設置
【優化結果云圖】提取不同閾值優化后的結構云圖。
基于這一點，我們在這個位置<span style="color: rgb(212, 20, 20);">采用了井式強冷方案</span>，并對澆口套結構做了相應優化，目的就是把這個高溫點盡量壓下來。</p><p><br></p><p>根據模擬結果，優化后該區域溫度由約 307℃ 降至 128℃，這樣<u>既降低了爆料餅風險，也有助于縮短開模時間，提高整體壓鑄效率。
