關于ansys的拓撲關系
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
關于ansys的拓撲關系的視頻教程
HyperMesh_四面體幾何的建立_對號形狀拓撲關系構建_六面體網格的劃分Multi Solids
四面體幾何的創建； 拓撲關系構建方法； 對四面體進行六面體網格劃分。
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本期內容講解一種利用銅錢拓撲關系為球體創建六面體網格的方法。
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關于ansys的拓撲關系的實例教程
ANSYS輸出實體模型表面的節點信息
和單元拓撲關系
遇到一個問題，一個給定的實體模型，劃分了solid185的單元，假如實體模型單元劃分如下。需要提取實體模型外表面節點位置信息和單元拓撲關系（也就是每一個單元是由哪幾個節點組成的），目的是方便做其他分析，比如流體分析，提取外表面的節點可以施加溫度載荷。
圖1
對于此問題，在ansys里面很難直接提取所有外表面的節點和單元信息，因為外表面也是實體單元的一個單元面，不可能剝離出來。
因此，想要提取外表面的單元和節點，最好是需要外表面存在平面單元。
對于此，可以采用ansys里面的特殊單元mesh200，這個單元用于面網格的劃分，而且劃分后的單元不參與實際計算。
于是：
et,2,200 ！定義mesh200單元類型
asel,s,ext ！選擇所有的外表面
aatt,,,2 ! 設置劃分單元為mesh200
KEYOPT, 2, 1, 6 ! 4節點的四邊形單元
amesh,all ! 劃分所以的外表面
此時劃分的面網格和原來的實體網格的節點是一一對應的，這就保證了最后輸出的節點的坐標與原來實體模型的對應節點是一一對應的。
此時可以選擇刪除實體模型和實體單元。
展開 1.優化拓撲的數學模型
優化拓撲的數學解釋可以轉換為尋求最優解的過程，對于他的描述是：給定系統描述和目標函數，選取一組設計變量及其范圍，求設計變量的值，使得目標函數最小（或者最大）。一種典型的數學表達式為：
優化拓撲所要進行的數學運算目標就是，求取合適的設計變量v，并使得目標函數值最小。
2基于ANSYS的優化拓撲的一般過程
在ANSYS中，進行優化拓撲，一般分為6個步驟。具體流程見下圖：
優化拓撲操作流程圖
各個步驟的具體操作解釋如下：
1、定義需要求解的結構問題
對于結構進行優化分析，定義結構的物理特性必不可少，例如，需要定義結構的楊氏模量、泊松比（其值在0.1～0.4之間）、密度等相關的結構特性方面的信息，以供結構計算能夠正常執行下去。
2、選擇合理的優化單元類型
在ANSYS中，不是所有的單元類型都可以執行優化的，必須滿足如下的規定：
（1）2D平面單元：PLANE82單元和PLANE183單元； （2）3D實體單元：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的說明，同時對于2D單元，應使用平面應力或者軸對稱的單元選項。
3、指定優化和非優化的區域
在ANSYS中規定，單元類型編號為1的單元，才執行優化計算；否則，就不執行優化計算。
展開 拓撲優化
拓撲優化是一種數學方法，它通過滿足先前建立的給定約束并最小化預定義的成本函數，在空間上優化定義域內材料的分布。本教程的主要目的是通過拓撲優化優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、最大應力（關注點）和最小安全系數。
作為第 2 步，實施了結構（拓撲）優化分析以降低材料密度。
最后一步，在 SpaceClaim 上對優化的幾何結構進行了重新設計并再次進行了分析。
第 3 步：工程數據（材料模型）
本教程中使用了默認材質 Structural Steel：
第 4 步：幾何圖形（SpaceClaim 模型）
SpaceClaim 上設計的三角形支架如下所示：
步驟 5：網格劃分操作（默認幾何）
已創建單元尺寸為 0.6mm 的默認網格：
對關注點（具有最大應力的區域）的網格細化進行了細化，直到兩個相鄰節點之間的應力值差小于 10%。
對目標點的第一次優化已實現為球體半徑為 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 摘 要：本研究基于ANSYS軟件，針對汽車轉向節的拓撲結構優化展開了仿真分析。首先，針對不同的工藝約束，建立了多目標拓撲優化目標函數，通過比較不同拓撲優化結果的區別和優劣勢，選取了最優的拓撲優化建模方法。隨后，根據拓撲優化結果，建立了工程化結構數模。實驗結果表明，在所建立的多目標拓撲優化目標函數下，得到了一種在工藝約束下最優的汽車轉向節拓撲結構，并且該結構具有較好的力學性能和穩定性，可為實際工程應用提供參考。
關鍵詞：ANSYS;汽車轉向節;拓撲優化;工藝約束;多目標優化;力學性能;
1 引言
汽車轉向節是汽車轉向系統的重要部件，其結構和性能直接影響著汽車的操控性和安全性。傳統的轉向節設計通常采用經驗設計和試錯方法，存在設計時間長、成本高、效率低等問題，同時難以滿足不同工況下的需求。隨著計算機仿真技術的不斷發展，基于拓撲優化的汽車轉向節設計已經成為一個研究熱點。在不同的工藝約束下，通過建立多目標拓撲優化目標函數，可以快速高效地得到優化結果，有效提高轉向節的性能和質量。此外，拓撲優化設計還可以大幅減少設計時間和成本，提高設計效率和可靠性，同時降低產品開發風險，具有非常廣闊的應用前景。
2 汽車轉向節結構及其優化
2.1 汽車轉向節的結構和功能
汽車轉向節是汽車轉向系統中非常重要的部件之一，主要起到連接轉向系統和輪轂的作用。其主要功能是將駕駛員的轉向操作傳遞到車輪，控制車輛的方向和行駛狀態。傳統的汽車轉向節結構通常采用鑄造或鍛造的方式制造，形狀比較固定，存在一些設計上的局限性。而拓撲優化技術則可以通過對結構的重新設計和優化，實現優化結構的得到，進一步提高汽車轉向節的性能和質量[1]。
2.2 拓撲優化在汽車轉向節設計中的應用
拓撲優化作為一種優化設計方法，在汽車轉向節的設計中具有廣泛的應用。
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我們非常榮幸地宣布與 Ansys 達成戰略合作伙伴關系！這是我們邁出激動人心的第一步- 將 Ansys 的高保真物理模型深度整合至VI-grade實時車輛仿真系統與先進駕駛模擬器中！此次合作旨在通過提供超真實的 #車輛動力學、#ADAS 測試、# 電動汽車性能建模及熱-結構耦合仿真，全面提升仿真質量！
通過增強仿真精度，這種整合將推動自動駕駛驗證、電動汽車開發及賽車運動仿真等應用場景邁向新高度
拓撲優化是一種數學方法，它通過滿足先前建立的給定約束并最小化預定義的成本函數，在空間上優化定義域內材料的分布。本教程的主要目的是通過拓撲優化優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、最大應力（關注點）和最小安全系數。
作為第 2 步，實施了結構（拓撲）優化分析以降低材料密度。
最后一步
基于2023ANSYS WORKBENCH拓撲優化
圓柱體拓撲優化。
載荷邊界條件
靜力分析結果
拓撲優化邊界條件
拓撲優化結果
摘 要：本研究基于ANSYS軟件，針對汽車轉向節的拓撲結構優化展開了仿真分析。首先，針對不同的工藝約束，建立了多目標拓撲優化目標函數，通過比較不同拓撲優化結果的區別和優劣勢，選取了最優的拓撲優化建模方法。隨后，根據拓撲優化結果，建立了工程化結構數模。實驗結果表明，在所建立的多目標拓撲優化目標函數下，得到了一種在工藝約束下最優的汽車轉向節拓撲結構，并且該結構具有較好的力學性能和穩定性，可為實際工程應用提供參考
在ansys workbench中拓撲優化分析流程如下所示。
以下圖所示結構為例，演示拓撲優化分析的過程，優化條件如下：
最大應力小于1000PSI；質量去除50%；結構材料為結構鋼；結構承受750psi的內壓，兩端的安裝孔固定約束。
拓撲優化的邊界條件設置如下，設置對應的優化區域，載荷約束條件區域為非優化區域，設置最大應力和去除質量的約束條件
不平衡響應分析在轉子動力學特性分析中非常重要，它提供給我們兩個信息，一個是峰值轉速的大小，也稱作臨界轉速，另一個信息是過臨界時轉子-軸承系統響應。
對于基于一維梁單元的轉子-軸承系統不平衡響應，在ANSYS WORKBENCH中一般是使用Harmonic Response模塊進行的。不平衡量是通過施加Rotating Force來實現的。當選擇打開科氏效應（coriolic effect)時，
除了一些轉子動力學專業軟件（比如SAMCEF ROTOR,DYROBES,MADYN2000等）以外，大型綜合軟件比如MSC NASTRAN、ANSYS也可以用于轉子動力學特性計算，常見的臨界轉速、不平衡響應、扭振頻率以及穩態和瞬態特性計算均可計算。
ANSYS經典版本可滿足臨界轉速、不平衡響應、扭振頻率以及穩態和瞬態特性計算。一般使用一維模型計算，比如轉子使用BEAM188梁單元，軸承使用combi214
Ansys Fluent中的操作條件（Operating Conditions）并不在左側結構樹中進行設置，是很多用戶容易忽略的一個地方，而操作條件沒有設置好或者是理解不夠，會造成計算誤差變大、出現一些看似“奇怪”的結果。
在Ansys Fluent中Ribbon欄里，通過Define標簽頁下的Operating Conditions中可以進入設置。操作條件對話框中顯示需要設置
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