ansys多工況拓撲優(yōu)化
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-07
ansys多工況拓撲優(yōu)化的視頻教程
平板受多工況扭轉(zhuǎn)載荷拓撲優(yōu)化（文獻復現(xiàn)）
本課適合哪些人學習： 1、Optistruct拓撲優(yōu)化設(shè)計人員 2、理工科學長和老師 3、仿真工程師 4、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計人員 5、結(jié)構(gòu)優(yōu)化人員 你會得到什么： 1、掌握多工況目標函數(shù)的創(chuàng)建 2、學會拓撲優(yōu)化流程創(chuàng)建 3、利用后處理，獲取拓撲優(yōu)化結(jié)果
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基于optistruct汽車控制臂多工況拓撲優(yōu)化
汽車控制臂三種工況下的多目標拓撲優(yōu)化為例，講述在optistruct中是如何進行多目標拓撲優(yōu)化，從而滿足特定要求下汽車控制臂的概念設(shè)計。對于單目標拓撲優(yōu)化你會發(fā)現(xiàn)每一種工況下拓撲優(yōu)化的結(jié)果不一樣，多目標拓撲優(yōu)化則綜合考慮多種工況下的目標得到一個綜合結(jié)果。 對于多目標優(yōu)化常用的手段：1、將目標轉(zhuǎn)化為約束條件；2、對多目標采用加權(quán)的方法得到一個綜合目標。
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Optistruct多工況優(yōu)化目標函數(shù)如何進行修正，以控制優(yōu)化結(jié)果
本課適合哪些人學習： 1、optistruct拓撲優(yōu)化設(shè)計人員 2、理工科學子和老師 3、學習型仿真工程師 4、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、參數(shù)化優(yōu)化，拓撲優(yōu)化學習者 你會得到什么： optistruct 多工況優(yōu)化目標函數(shù)如何進行修正，以控制優(yōu)化結(jié)果。
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ansys多工況拓撲優(yōu)化的實例教程
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：
本例以汽車控制臂三種工況下的多目標拓撲優(yōu)化為例，講述在optistruct中是如何進行多目標拓撲優(yōu)化，從而滿足特定要求下汽車控制臂的概念設(shè)計，先通過單目標拓撲優(yōu)化得到每個工況的最大與最小柔度值，然后通過基于SIMP的多工況靜態(tài)剛度拓撲優(yōu)化數(shù)學模型得到三各工況綜合柔度的優(yōu)化方程
，
拓撲優(yōu)化是形狀優(yōu)化的一種特殊形式。網(wǎng)上資料和ansys help文件都有詳細說明。多工況下的拓撲優(yōu)化。需要APDL用到lswrite 命令，通過APDL可以更清楚地了解分析的流程。Workbench也可以完成多工況的拓撲優(yōu)化。結(jié)果類似，操作更為簡便。
!案例如下：
! 平面應(yīng)力問題。一個100*100的平面。左邊固定，分別承受兩種工況載荷情況。兩種載荷并不是同時作用，所以要進行多工況下的拓撲優(yōu)化分析。
首先，對只有向上作用力fy=100時，或者只有向下作用力fy = -100時進行topo分析，結(jié)果如下圖
然后，對fy=100和fy=-100作為同一工況下加載，進行topo分析，結(jié)果如下圖
然后，對多工況進行topo分析，結(jié)果如下圖
上述結(jié)果可以證明，下列程序確實可以滿足多工況的拓撲優(yōu)化。
Workbench 流程及結(jié)果
展開 概述
汽車控制臂（Control Arm）是懸架系統(tǒng)的關(guān)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(shè)計空間、材料和工況下，找到材料的最優(yōu)分布，使結(jié)構(gòu)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(quán)柔度響應(yīng)”指的是將結(jié)構(gòu)在多種不同載荷工況下的柔度（Compliance） 進行加權(quán)求和，作為拓撲優(yōu)化的目標函數(shù)或約束條件。柔度是剛度的倒數(shù)，柔度越小，意味著剛度越大。
一、核心概念解析
1. 拓撲優(yōu)化（Topology Optimization）:
· 一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，用于確定結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔洞的數(shù)量、位置和形狀以及連接方式，從而得到最優(yōu)的材料布局。
· 常用方法：變密度法（SIMP - Solid Isotropic Material with Penalization），該方法將每個單元的密度作為設(shè)計變量，通過插值模型將其與材料彈性模量關(guān)聯(lián)，并通過懲罰因子迫使中間密度向0-1（孔洞-實體）兩極分化。
2. 柔度（Compliance）:
· 外力所做的功。柔度越小，結(jié)構(gòu)在該載荷下的剛度越大，抵抗變形的能力越強。
3. 多工況（Multi-Load Case）:
· 控制臂在實際工作中會同時承受多種載荷，例如：
· 垂直工況：來自地面的垂向沖擊力。（影響平順性）
· 制動工況：車輛制動時產(chǎn)生的縱向力。（影響制動穩(wěn)定性）
· 轉(zhuǎn)彎工況：車輛過彎時產(chǎn)生的側(cè)向力。（影響操縱穩(wěn)定性）
· 單一工況優(yōu)化結(jié)果往往只對該工況有利，而無法在其他工況下表現(xiàn)良好。多工況優(yōu)化旨在找到一個“折衷”的、全局性能最優(yōu)的設(shè)計。
4.
展開 多工況下的拓撲優(yōu)化
!學習重點：
!1、 何為拓撲優(yōu)化
!區(qū)分尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓撲優(yōu)化。拓撲優(yōu)化是形狀優(yōu)化的一種特殊形式。網(wǎng)上資料和ansys help文件都有詳細說明。
!2、單一工況載荷下的拓撲優(yōu)化。單一工況拓撲操作流程很簡單，APDL命令也很簡單。Workbench也可以輕松實現(xiàn)。
!3、多工況下的拓撲優(yōu)化。需要apdl用到lswrite 命令。目前不清楚如何完全由workbench完成多工況的拓撲優(yōu)化。有可能在workbench中借助APDL命令來實現(xiàn)，按下不表，后期再做學習。(更新，這是以前寫的了。貌似workbench做多工況也毫無鴨梨了，感興趣的可以試試)
!案例如下：
! 平面應(yīng)力問題。一個100*100的平面。左邊固定，分別承受兩種工況載荷情況。兩種載荷并不是同時作用，所以要進行多工況下的拓撲優(yōu)化分析。
首先，對只有向上作用力fy=100時，或者只有向下作用力fy = -100時進行topo分析，結(jié)果如下圖
然后，對fy=100和fy=-100作為同一工況下加載，進行topo分析，結(jié)果如下圖
然后，對多工況進行topo分析，結(jié)果如下圖
上述結(jié)果可以證明，下列程序確實可以滿足多工況的拓撲優(yōu)化。但是處理起來復雜模型，還是多有不便，所以如何將其應(yīng)用到workbench，是下一次考慮的重點。
!APDL命令：
finish
/clear
/prep7 !進入前處理
et,1,plane82 !定義能進行topo分析的單元，將其編號為1，其他編號則不參與優(yōu)化。
展開 
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ansys多工況拓撲優(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(guān)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(shè)計空間、材料和工況下，找到材料的最優(yōu)分布，使結(jié)構(gòu)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(quán)柔度響應(yīng)”指的是將結(jié)構(gòu)在多種不同載荷工況下的柔度（Compliance） 進行加權(quán)求和，作為拓撲優(yōu)化的目標函數(shù)或約束條件
使用工具版本SIMULIA2023、ADAMS2024.2
前期對Isight調(diào)用ADAMS/CAR模塊所需的simcode文件的生成進行了說明。但未進行實際案例的提供。
近期在工作實際中，遇到某款車型，在選定懸架系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向器型號后，轉(zhuǎn)向角及轉(zhuǎn)向特性匹配困難的實際問題。額外，轉(zhuǎn)向特性特性一般耦合前束角變化特性，因此需要多工況耦合尋解。借此幾乎，將“Isight集成ADAMS/CAR進行多工況聯(lián)合參數(shù)
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說明
本示例演示通過1×2端口多模干涉(MMI)耦合器計算寬帶傳輸和光損耗，并使用S參數(shù)在 INTERCONNECT 中創(chuàng)建 MMI 的緊湊模型。
綜述
低損耗光耦合器和光分路器是基于 Mach-Zehnder 的光調(diào)制器的基本組件，是集成電路的關(guān)鍵組成部分。通過在輸入和輸出波導處使用 taper 以確保輸入和輸出波導的模式與干涉區(qū)域之間的良好匹配
拓撲優(yōu)化是一種數(shù)學方法，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撲優(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，對三角支架進行了分析，以獲得最大變形、最大應(yīng)力（關(guān)注點）和最小安全系數(shù)。
作為第 2 步，實施了結(jié)構(gòu)（拓撲）優(yōu)化分析以降低材料密度。
最后一步
基于2023ANSYS WORKBENCH拓撲優(yōu)化
圓柱體拓撲優(yōu)化。
載荷邊界條件
靜力分析結(jié)果
拓撲優(yōu)化邊界條件
拓撲優(yōu)化結(jié)果
摘 要：本研究基于ANSYS軟件，針對汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化展開了仿真分析。首先，針對不同的工藝約束，建立了多目標拓撲優(yōu)化目標函數(shù)，通過比較不同拓撲優(yōu)化結(jié)果的區(qū)別和優(yōu)劣勢，選取了最優(yōu)的拓撲優(yōu)化建模方法。隨后，根據(jù)拓撲優(yōu)化結(jié)果，建立了工程化結(jié)構(gòu)數(shù)模。實驗結(jié)果表明，在所建立的多目標拓撲優(yōu)化目標函數(shù)下，得到了一種在工藝約束下最優(yōu)的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)拓撲結(jié)構(gòu)，并且該結(jié)構(gòu)具有較好的力學性能和穩(wěn)定性，可為實際工程應(yīng)用提供參考
在ansys workbench中拓撲優(yōu)化分析流程如下所示。
以下圖所示結(jié)構(gòu)為例，演示拓撲優(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。
拓撲優(yōu)化的邊界條件設(shè)置如下，設(shè)置對應(yīng)的優(yōu)化區(qū)域，載荷約束條件區(qū)域為非優(yōu)化區(qū)域，設(shè)置最大應(yīng)力和去除質(zhì)量的約束條件
說明
本示例演示通過1×2端口多模干涉(MMI)耦合器計算寬帶傳輸和光損耗，并使用S參數(shù)在 INTERCONNECT 中創(chuàng)建 MMI 的緊湊模型。(聯(lián)系我們獲取文章附件)
綜述
低損耗光耦合器和光分路器是基于 Mach-Zehnder 的光調(diào)制器的基本組件，是集成電路的關(guān)鍵組成部分。通過在輸入和輸出波導處使用 taper 以確保輸入和輸出波導的模式與干涉區(qū)域之間的良好匹配
本例以汽車控制臂三種工況、加上1階模態(tài)下的多目標拓撲優(yōu)化為例，講述在optistruct中是如何進行多目標拓撲優(yōu)化，非公式，目的就是快速得到傳遞路徑，與傳統(tǒng)輸入公式傳遞路徑基本上百分九十以上的相似度，如果有需要公式方面的同學也可以聯(lián)系我，有相關(guān)的資料
購買后對于模型中不懂的地方都可以問
產(chǎn)品概念設(shè)計初期，單純的憑借經(jīng)驗以及想象對零部件進行設(shè)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(yōu)化技術(shù)”進行分析，并結(jié)合豐富的產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗，可以設(shè)計出更能滿足產(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，將區(qū)域離散成足夠多的子區(qū)域
