ABAQUS拓撲優(yōu)化
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-19
ABAQUS拓撲優(yōu)化的視頻教程
基于Abaqus-ATOM優(yōu)化模塊拓撲優(yōu)化控制臂實用仿真(附帶詳細cae模型)
本實例是基于Abaqus-ATOM優(yōu)化模塊拓撲優(yōu)化控制臂優(yōu)化實用仿真,本實例包含常規(guī)建模步驟涉及到分析步的設置,材料截面的設置,邊界載荷施加等,優(yōu)化模塊涉及到應變能的設置,體積約束,邊界幾何約束,拔模方向約束等,提交計算,結果查看等,附帶詳細涉及的.cae(Abaqus6.14)模型,有需要的同學可自行下載查看。
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ABAQUS拓撲優(yōu)化的實例教程
概述
目前的產(chǎn)品結構設計大多靠經(jīng)驗，規(guī)劃幾種設計方案，結合CAE 分析擇優(yōu)選取，但規(guī)劃的設計方案并不一定是最優(yōu)方案，故本文講解應用Abaqus 進行結構優(yōu)化中的拓撲優(yōu)化設計。
2. 優(yōu)化設計基礎
2.1 結構優(yōu)化
結構優(yōu)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(yōu)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(yōu)化方向。
Abaqus提供了兩種基于不同優(yōu)化方法的用于自動修改有限元模型的優(yōu)化程序：拓撲優(yōu)化（Topology optimization）和形狀優(yōu)化（Shape optimization）。兩種方法均遵從一系列優(yōu)化目標和約束。
2.2 拓撲優(yōu)化
拓撲優(yōu)化是在優(yōu)化迭代循環(huán)中，以最初模型為基礎，在滿足優(yōu)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(yōu)化區(qū)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(yōu)設計。其主體思想是把尋求結構最優(yōu)的拓撲問題轉化為對給定設計區(qū)域尋求最優(yōu)材料的分布問題。
Abaqus拓撲優(yōu)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(yōu)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(shù)和約束，其較為靈活，可以應用到大多數(shù)問題中。相反，基于條件的算法則使用節(jié)點應變能和應力作為輸入數(shù)據(jù)，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(yōu)化目標的途徑不同，Abaqus 默認采用的是通用算法。
3.
展開 關鍵詞：Abaqus；拱橋；拓撲優(yōu)化；三維有限元
拓撲優(yōu)化適合用于對不確定結構進行最優(yōu)設計。一方面，此方法的靈活性要優(yōu)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(yōu)化常用在最初階段，方便指導后續(xù)設計。
實際操作時，我們將人為定義一個密度函數(shù)，幾何內(nèi)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(yōu)化參數(shù)設置】首先在ABAQUS中設置拓撲優(yōu)化，選擇凍結荷載和邊界區(qū)域，然后設置應變能和體積，通過不斷縮小體積閾值實現(xiàn)規(guī)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(yōu)化參數(shù)設置
【優(yōu)化結果云圖】提取在不同閾值下的結構云圖。
圖3 結構優(yōu)化結果(V≤0.3)
圖4 結構優(yōu)化結果(V≤0.2)
圖5 結構優(yōu)化結果(V≤0.1)
【優(yōu)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 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(yōu)化功能，下面通過一個簡單的實例演示在Abaqus中進行拓撲優(yōu)化，另外，如果需要更加強大的拓撲優(yōu)化仿真，可以在TOSCA中進行。
定義接觸屬性
只創(chuàng)建接觸屬性，不定義任何參數(shù)，代表了創(chuàng)建光滑的硬接觸，接觸面選擇為扭力臂和銷釘?shù)倪B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(wěn)定控制
創(chuàng)建完成后接觸界面如下
創(chuàng)建固定邊界條件
控制RP2自由度
創(chuàng)建負載如下
創(chuàng)建優(yōu)化任務
創(chuàng)建最小應變能響應
創(chuàng)建體積響應
創(chuàng)建約束條件
提交計算，查看結果
展開 Abaqus拓撲優(yōu)化仿真案例講解
有沒有人使用ABAQUS進行多工況多工況拓撲優(yōu)化，使用折中規(guī)劃法公式如圖所示：
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ABAQUS拓撲優(yōu)化的最新內(nèi)容
概述
汽車控制臂（Control Arm）是懸架系統(tǒng)的關鍵部件，其核心作用是將車輪與車架連接，并在車輛行駛過程中承受并傳遞來自車輪的多方向力和力矩。拓撲優(yōu)化的目標是在給定的設計空間、材料和工況下，找到材料的最優(yōu)分布，使結構在滿足多種性能要求（如剛度、強度、頻率）的同時，實現(xiàn)輕量化。
“多工況加權柔度響應”指的是將結構在多種不同載荷工況下的柔度（Compliance） 進行加權求和，作為拓撲優(yōu)化的目標函數(shù)或約束條件
關鍵詞：COMSOL；U形渡槽；拓撲優(yōu)化；流固耦合
【模型信息】U形過水斷面半徑和設計水深為3m，斷面二維效果圖如下。
圖1 U形渡槽過水斷面
【荷載&邊界設置】耦合接口選擇層流和固體力學，耦合類型為結構上的流體荷載，設置水流速為0.1m/s，在渡槽底面固結。
圖2 流固耦合類型設置
【優(yōu)化目標函數(shù)設置】
關鍵詞：Abaqus；拱橋；拓撲優(yōu)化；三維有限元
拓撲優(yōu)化適合用于對不確定結構進行最優(yōu)設計。一方面，此方法的靈活性要優(yōu)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(yōu)化常用在最初階段，方便指導后續(xù)設計。
實際操作時，我們將人為定義一個密度函數(shù)，幾何內(nèi)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。
關鍵詞：帶筋薄壁結構；固有頻率；屈曲穩(wěn)定性；變密度法；拓撲優(yōu)化；
帶筋薄壁結構因具有質量輕、強度高的優(yōu)點，在汽車制造、航空航天、船舶工程等眾多工程領域中得到廣泛應用，已成為現(xiàn)代工程設計中不可或缺的重要組成部分。然而，在復雜外部載荷作用下，該類結構的振動與屈曲穩(wěn)定性問題依然是設計過程中的關鍵挑戰(zhàn)：振動易引發(fā)結構疲勞損傷，縮短其服役壽命；屈曲失穩(wěn)則可能導致結構整體失效，甚至引發(fā)嚴重安全事故。傳統(tǒng)設計方法多依賴于工程經(jīng)驗或采用簡化優(yōu)化策略
幾何模型與設計空間定義：
①初始 CAD 模型：
創(chuàng)建一個包含所有關鍵硬點（輪心、主銷上下點、減震器安裝點、制動卡鉗安裝點、控制臂連接點等）的幾何模型。這個模型應該足夠大，能夠容納所有可能的材料分布。
②設計空間：將轉向節(jié)主體區(qū)域（去除安裝孔、螺栓孔、軸承座等不可優(yōu)化的區(qū)域）定義為設計空間。這些不可優(yōu)化的區(qū)域通常是需要保留以安裝其他部件或傳遞載荷的結構。
③非設計空間：明確指定不可優(yōu)化的區(qū)域
人體下肢拓撲優(yōu)化模型9個月前
人體下肢拓撲優(yōu)化模型ansys計算源文件
包括模型、網(wǎng)格、設置、計算結果、優(yōu)化后的模型應力分布
主要是獲取下肢模型，后續(xù)可以自行調整優(yōu)化策略
一把椅子的拓撲優(yōu)化過程會發(fā)生什么?
古時候人們用一塊石頭當作板凳，以后逐漸的演變?yōu)槠矫媸^，有大理石面的，甚至一個樹樁都可以當作板凳，椅子的出現(xiàn)是由于人們追求舒適的靠背，進而發(fā)展為各種花式座椅和沙發(fā)，但你有沒有想過：如果讓科學算法來設計一把椅子，它會變成什么模樣？
我們給一把實心 “石頭板凳” 來場 “瘦身手術，看看通過拓撲優(yōu)化會發(fā)生什么
拓撲優(yōu)化結構MISES應力分布3D顯示MATLAB代碼
本程序編寫了BESO拓撲優(yōu)化MATLAB程序，只有80行，未公開發(fā)表，可用于改進算法研究，發(fā)表論文。
<h2>什么是拓撲優(yōu)化（Topology Optimization）？</h2><p>拓撲優(yōu)化（topology optimization）是一種根據(jù)給定的負載情況、約束條件和性能指標，在給定的區(qū)域內(nèi)對材料分布進行優(yōu)化的數(shù)學方法，是結構優(yōu)化的一種。如下視頻所示。</p><div contenteditable="false" width="100%">
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