COMSOL；拓撲優化
關注創建者：C乘風破浪 創建時間：2021-09-05
COMSOL；拓撲優化的視頻教程
基于ansys workbench 的拓撲優化——梁，支架 受力優化
1.學習型仿真工程師； 2.結構仿真工程師初學者； 3.需要對結構降本，縮小體積及及其他方面的優化。 基于Ansys workbench 2021R1版本的支架和梁單元的拓撲優化操作。（課程內包含模型建立及詳細模型設置）
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基于Optistruct拓撲優化控制臂優化實用仿真(附帶詳細hm模型)
本實例是基于optistruct優化模塊優化控制臂優化實用仿真,本實例包含常規建模步驟涉及到分析步的設置,材料屬性的設置,邊界載荷施加等,優化模塊涉及到體積分數的設置,體積最小化約束 ,拔模方向約束等,提交計算,結果查看等,附帶詳細涉及的.hm模型,有需要的同學可自行下載查看。
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COMSOL；拓撲優化的實例教程
關鍵詞：COMSOL；U形渡槽；拓撲優化；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
【優化目標函數設置】在COMSOL中設置拓撲優化，然后設置最小應變能和閾值體積上限為0.3和0.5。最大迭代次數為100次，優化容差設置為0.001。
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。
圖4 流體壓強分布和流速分布云圖
(a) V≤0.3 (b) V≤0.5
圖5 不同閾值下的優化截面輪廓
由上圖可以看出，在僅考慮流體荷載的條件下，優化后的結構基本呈左右對稱的U形分布， 隨著體積閾值的增大，優化后結構不斷呈向四周擴散的趨勢。
【注】本次模型設置較為復雜，其中層流區域和約束區域的選擇尤為重要，文中并未展示完全的技巧。
最后，有相關需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
展開 本分享基于SMLP插值方法，在商業軟件COMSOL中復現傳熱拓撲優化中的經典體-點問題。本分享主要分為兩個部分：模型介紹以及在軟件操作。
1，模型介紹
體-點問題可以理解為整個優化區域內產生的熱量全部通過一點（熱沉）傳遞到外界。所以其余邊界設置成絕緣邊界。主要問題是為了找到滿足目標函數的高導熱材料的分布。下圖b表示優化后的一種結構。
幾何模型以及優化后模型
優化問題可以表示成如下的數學模型，優化主要分為三部分，1設計變量，2目標函數以及3約束條件。
體-點問題數學模型
其中設計變量是關于密度的函數，主要目的是找到滿足目標函數以及約束條件的最佳材料分布。目標函數針對不同的設計目標需要選取不同的函數（這里個人覺得需要加強計算），約束條件中包括一些方程，外加高導熱材料的體積約束。
在理論中還包括了靈敏度分，投影方式等這里不做解釋。
2，軟件操作
本次軟件操作模型參考文獻：散熱結構拓撲優化目標函數實用性討論——侯麗園.
邊界條件
幾何模型
定義全局參數，通過設置參數來控制模型，在以后的修改中比較方便，可以需要養成良好的習慣。
展開 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，是結構優化的一種。結構優化可分為尺寸優化、形狀優化和拓撲優化。
為 LED 和計算機芯片等小型電子設備設計散熱器需要在設計要求之間實現微妙的平衡：它們需要盡可能小巧輕便，同時還要提供極其強大的散熱性能。傳統設計的散熱器太重，我們可以使用拓撲優化來減少質量，同時盡可能少地犧牲冷卻功率。
COMSOL 支持任意目標函數靈敏度的高效自動計算，這對于基于梯度的優化以及所有拓撲優化都至關重要。其中亥姆霍茲濾波，其中包含一個過濾半徑，可用于明確控制最小特征尺寸。
控制不同的亥姆霍茲濾波半徑，獲得不同粗細程度的分叉。
簡單的一個熱拓撲優化示例圖，降低了最高溫度60度。
展開 基于COMSOL的熱拓撲優化仿真 ￥500
<p>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，是結構優化的一種。</p><p>本案例采用COMSOL軟件，基于移動漸近線優化法對一初始設計域為正方形的結構，中心有一圓形熱源區域，進行了熱拓撲優化模擬，仿真結果如下視頻所示：</p><p> <img src="/images/content/youku-case.png"> </p><p><br></p><p>感興趣的朋友可下載模型詳細了解情況，歡迎交流</p>
展開 拓撲優化是設計進程中一個有意義的步驟，不過生成的設計通常需要進一步分析。借助 COMSOL Multiphysics? 軟件，您可以基于拓撲優化結果圖來創建幾何，并輕松地將幾何導出至 CAD 軟件。在本篇文章中，我們將通過二維與三維示例討論具體的操作方法。
將拓撲優化結果應用于設計工作流程
拓撲優化是一項實用功能，它能幫助人們發現個人智慧力不能及的設計。然而，這只是開發設計的第一步。將利用拓撲優化得到的設計制作為成品，這個想法既不合理也不可能，或因為設計的制作成本太高，或因為制造實體的可能性為零。
MBB 梁的拓撲優化結果。
為了解決上述困擾，我們可以基于拓撲優化結果創造新設計，然后對新設計執行進一步模擬分析。但是該怎么做呢？事實證明，COMSOL Multiphysics 能夠簡化基于拓撲優化結果的二維和三維繪圖創建幾何的流程，這是因為您能直接在 COMSOL Multiphysics 中處理結果，或者將結果導出至各種 CAD 軟件平臺。
基于二維拓撲優化結果創建幾何
為了查看二維拓撲優化結果，我們可以創建等值線圖。我們將利用 “最小化微通道中的流速”教程來演示這個過程。此教程的目的是找到多孔填充材料的最優分布，使微通道中心的水平流速達到最小。
首先，打開教程中的模型文件，并轉到 Velocity (spf) 繪圖組下的 Contour 1 繪圖
優化后的水平速度（表面圖）和速度場（流線）。黑色等值線表示填充材料。
在上圖中，黑色等值線表示設計變量 等于 0.5，代表開放通道和填充材料之間的邊界。它正是我們要整合到幾何中的結果。其他應用的變量表達式和所繪制的等值線圖也許不同，但原理如出一轍：找到描述固體和非固體材料（通常是某種流體）之間界限的等值線。
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COMSOL；拓撲優化的相關專題、標簽、搜索
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概述
汽車控制臂（Control Arm）是懸架系統的關鍵部件，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，作為拓撲優化的目標函數或約束條件
圖2 流固耦合類型設置
【優化目標函數設置】在COMSOL中設置拓撲優化，然后設置最小應變能和閾值體積上限為0.3和0.5。最大迭代次數為100次，優化容差設置為0.001。
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。
關鍵詞：Abaqus；拱橋；拓撲優化；三維有限元
拓撲優化適合用于對不確定結構進行最優設計。一方面，此方法的靈活性要優于其他方法，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，拓撲優化常用在最初階段，方便指導后續設計。
實際操作時，我們將人為定義一個密度函數，幾何內各點處的值介于 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
關鍵詞：帶筋薄壁結構；固有頻率；屈曲穩定性；變密度法；拓撲優化；
帶筋薄壁結構因具有質量輕、強度高的優點，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定性問題依然是設計過程中的關鍵挑戰：振動易引發結構疲勞損傷，縮短其服役壽命；屈曲失穩則可能導致結構整體失效，甚至引發嚴重安全事故。傳統設計方法多依賴于工程經驗或采用簡化優化策略
幾何模型與設計空間定義：
①初始 CAD 模型：
創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：將轉向節主體區域（去除安裝孔、螺栓孔、軸承座等不可優化的區域）定義為設計空間。這些不可優化的區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：明確指定不可優化的區域
人體下肢拓撲優化模型9個月前
人體下肢拓撲優化模型ansys計算源文件
包括模型、網格、設置、計算結果、優化后的模型應力分布
主要是獲取下肢模型，后續可以自行調整優化策略
一把椅子的拓撲優化過程會發生什么9個月前
一把椅子的拓撲優化過程會發生什么?
古時候人們用一塊石頭當作板凳，以后逐漸的演變為平面石頭，有大理石面的，甚至一個樹樁都可以當作板凳，椅子的出現是由于人們追求舒適的靠背，進而發展為各種花式座椅和沙發，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，看看通過拓撲優化會發生什么
拓撲優化結構MISES應力分布3D顯示MATLAB代碼
本程序編寫了BESO拓撲優化MATLAB程序，只有80行，未公開發表，可用于改進算法研究，發表論文。
<h2>什么是拓撲優化（Topology Optimization）？</h2><p>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，是結構優化的一種。如下視頻所示。</p><div contenteditable="false" width="100%">
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