ansys拓?fù)鋬?yōu)化pdf的案例
ANSYS 拓?fù)?/em>優(yōu)化 無(wú)法查看優(yōu)化結(jié)果
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
Ansys Workbench中拓?fù)?/em>優(yōu)化后結(jié)構(gòu)力學(xué)特性之可視化 | 結(jié)構(gòu)優(yōu)化新功能
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 ANSYS拓?fù)?/em>優(yōu)化
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 拓?fù)?/em>優(yōu)化(ANSYS)
拓?fù)鋬?yōu)化
ANSYS拓?fù)?/em>優(yōu)化-趙州橋
拓?fù)鋬?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)鋬?yōu)化功能，本文將通過(guò)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(guò)無(wú)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(wú)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(guò)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)鋬?yōu)化工具對(duì)橋體優(yōu)化，得到體積為原來(lái)30%并且剛度最大的結(jié)構(gòu)。
【案例分析】
如案例描述過(guò)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)鋬?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(guò)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 三角支架的拓?fù)?/em>優(yōu)化 - ANSYS Workbench ￥3
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)?/em>）優(yōu)化分析以降低材料密度。
最后一步，在 SpaceClaim 上對(duì)優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)并再次進(jìn)行了分析。
第 3 步：工程數(shù)據(jù)（材料模型）
本教程中使用了默認(rèn)材質(zhì) Structural Steel：
第 4 步：幾何圖形（SpaceClaim 模型）
SpaceClaim 上設(shè)計(jì)的三角形支架如下所示：
步驟 5：網(wǎng)格劃分操作（默認(rèn)幾何）
已創(chuàng)建單元尺寸為 0.6mm 的默認(rèn)網(wǎng)格：
對(duì)關(guān)注點(diǎn)（具有最大應(yīng)力的區(qū)域）的網(wǎng)格細(xì)化進(jìn)行了細(xì)化，直到兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的應(yīng)力值差小于 10%。
對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的第一次優(yōu)化已實(shí)現(xiàn)為球體半徑為 1.5 毫米、元素尺寸為 0.11 毫米的物體尺寸/影響球體尺寸：
展開 基于ANSYS的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)拓?fù)?/em>優(yōu)化仿真分析
摘 要：本研究基于ANSYS軟件，針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的拓?fù)?/em>結(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(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)?/em>結(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。
關(guān)鍵詞：ANSYS;汽車轉(zhuǎn)向節(jié);拓?fù)鋬?yōu)化;工藝約束;多目標(biāo)優(yōu)化;力學(xué)性能;
1 引言
汽車轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要部件，其結(jié)構(gòu)和性能直接影響著汽車的操控性和安全性。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)通常采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和試錯(cuò)方法，存在設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)、成本高、效率低等問(wèn)題，同時(shí)難以滿足不同工況下的需求。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，基于拓?fù)鋬?yōu)化的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。在不同的工藝約束下，通過(guò)建立多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化目標(biāo)函數(shù)，可以快速高效地得到優(yōu)化結(jié)果，有效提高轉(zhuǎn)向節(jié)的性能和質(zhì)量。此外，拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)還可以大幅減少設(shè)計(jì)時(shí)間和成本，提高設(shè)計(jì)效率和可靠性，同時(shí)降低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
2 汽車轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)及其優(yōu)化
2.1 汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)和功能
汽車轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中非常重要的部件之一，主要起到連接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和輪轂的作用。其主要功能是將駕駛員的轉(zhuǎn)向操作傳遞到車輪，控制車輛的方向和行駛狀態(tài)。傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)通常采用鑄造或鍛造的方式制造，形狀比較固定，存在一些設(shè)計(jì)上的局限性。而拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)則可以通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的得到，進(jìn)一步提高汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的性能和質(zhì)量[1]。
2.2 拓?fù)鋬?yōu)化在汽車轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
拓?fù)鋬?yōu)化作為一種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用。
展開 ANSYS Workbench的拓?fù)?/em>優(yōu)化分析
在實(shí)際工程中有很多關(guān)于拓?fù)鋬?yōu)化的例子，常見的如齒輪的減重孔，橋梁的拱洞，自行車架等等，如下圖（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）所示。
這些都是拓?fù)鋬?yōu)化后的產(chǎn)物，不僅在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上與優(yōu)化前相差無(wú)幾，而且大大的減輕了自身的重量，為未來(lái)的結(jié)構(gòu)更新提供了很好的思路。下面將通過(guò)ANSYS Workbench軟件對(duì)三角板進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。
1.建立模型
2.建立靜力學(xué)模塊并實(shí)現(xiàn)模型共享
3.劃分網(wǎng)格
4.建立邊界條件
5.求解，查看后處理
變形云圖：
應(yīng)力云圖：
注意：從應(yīng)力云圖中可以看出整個(gè)三角板的應(yīng)力分布區(qū)域，藍(lán)色部分的范圍為0.09-5.3034Mpa，應(yīng)力很小，可以去除這一部分，因此基本可以從應(yīng)力云圖中看出拓?fù)鋬?yōu)化后的結(jié)果。
6.建立拓?fù)鋬?yōu)化模塊
注意：拓?fù)鋬?yōu)化模塊與靜力學(xué)的結(jié)果相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。
7.設(shè)置響應(yīng)參數(shù)
注意：設(shè)置為Mass，Percent to Retain設(shè)置為50%，表示保留百分之50的模型質(zhì)量。
8.拓?fù)?/em>求解
9.拓?fù)鋬?yōu)化Gif：
10.返回主頁(yè)面
注意：在Topology Optimization的Results欄下右擊，然后點(diǎn)擊Transfer to Design Validation System，會(huì)再出現(xiàn)一個(gè)靜力學(xué)，點(diǎn)擊Updata選項(xiàng)，再次進(jìn)入新的靜力學(xué)中的Geomtry中，默認(rèn)為打開SCDM。
展開 ANSYS結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化設(shè)計(jì)
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)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。探討了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，基本模型建立、優(yōu)化區(qū)域選擇、優(yōu)化過(guò)程控制及優(yōu)化結(jié)果分析與應(yīng)用等問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)了拓?fù)鋬?yōu)化在汽車結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用
ANSYS結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì).doc
如何采用Ansys Workbench對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)?/em>優(yōu)化分析
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?em>優(yōu)化區(qū)域，設(shè)置最大應(yīng)力和去除質(zhì)量的約束條件。
優(yōu)化前后的結(jié)果對(duì)比，優(yōu)化后材料質(zhì)量取出來(lái)42%
基于SCDM模塊，對(duì)優(yōu)化后的片面模型進(jìn)行幾何處理，并將模型一鍵轉(zhuǎn)為為實(shí)體模型，進(jìn)行優(yōu)化后模型的驗(yàn)證分析。
驗(yàn)證分析的流程如下所示，通過(guò)workbench的一鍵傳遞，自動(dòng)生成驗(yàn)證分析的靜力學(xué)模塊，按照上圖所示的幾何模型，完成幾何處理，最后進(jìn)行驗(yàn)證分析。
驗(yàn)證前后的結(jié)果對(duì)比如下所示，初始模型的變形為0.00032in，優(yōu)化后模型的變形為0.00061，初始模型的最大應(yīng)力為8208psi，優(yōu)化后模型的最大應(yīng)力為9636psi，滿足優(yōu)化要求。
文章來(lái)源：cae仿真之家
展開 干貨 | ANSYS Workbench拓?fù)?/em>優(yōu)化應(yīng)用方法
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。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進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化的流程和分析步驟：
1.拓?fù)鋬?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)鋬?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)鋬?yōu)化分析流程
2.ANSYS Workbench拓?fù)鋬?yōu)化分析步驟
2.1、建立拓?fù)鋬?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)鋬?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。
展開 
ANSYS Workbench 拓?fù)?/em>優(yōu)化新功能案例分享
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基于Ansys Topology Optimization 橋梁拓?fù)?/em>優(yōu)化實(shí)例 ￥10
本實(shí)例原型來(lái)源于https://wenku.baidu.com/view/5b18ee9cb52acfc788ebc979.html，原文用 Inspire完成優(yōu)化。本案例采用Ansys Topolopy Optimization完成該橋梁優(yōu)化，軟件版本Ansys19.2。
一、 靜力學(xué)分析
打開Workbench，創(chuàng)建靜力學(xué)分析Static Structural，在Geometry模塊完成3D建模(或者在其他CAD軟件完成建模保存為STP后導(dǎo)入)；
在橋面做分割，橋面命名Bridge，橋欄命名Design。后續(xù)優(yōu)化步驟中方便排除橋面，并將分割后的橋組合為一個(gè)體；
材料設(shè)置：雙擊Static Structural model，在Mechanical面板中設(shè)置材料參數(shù)，本例僅展示優(yōu)化，材料參數(shù)設(shè)置為Structural Steel；
網(wǎng)格劃分：設(shè)置網(wǎng)格大小5mm，自動(dòng)劃分網(wǎng)格；
邊界條件設(shè)置：在橋底面的4個(gè)點(diǎn)添加支撐，4個(gè)點(diǎn)分別約束ux=uy=uz=0，ux=uz=0，uy=uz=0，uz=0。橋面垂直于z；
載荷設(shè)置：橋面施加壓強(qiáng)1Pa；
求解變量設(shè)置為求解橋面的Z方向變形，完成計(jì)算。
二、 拓?fù)鋬?yōu)化
在Workbench Project界面拖動(dòng)Topolopy Optimization到靜力分析Solution欄，創(chuàng)建優(yōu)化分析，同時(shí)優(yōu)化分析共享靜力學(xué)分析數(shù)據(jù)；
創(chuàng)捷排除面組，在Model上右鍵Insert Named Selections，插入組，命名為RE，體選擇橋面為RE組。
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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
