ansys 拓撲優化技術
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys 拓撲優化技術的視頻教程
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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Ansys拓撲優化系列
用ANSYS對自行車車架拓撲優化Topology Optimization。 1.需要先進行優化區域切分。靜態分析。拓撲優化分析設置。拓撲密度。 2.SpaceClaim光順化處理，拓撲優化結果驗證。
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ansys 拓撲優化技術的實例教程
產品概念設計初期，單純的憑借經驗以及想象對零部件進行設計往往是不夠的，在適當約束條件下，如果能充分利用“拓撲優化技術”進行分析，并結合豐富的產品設計經驗，是有能力設計出更滿足產品結構技術方案、工藝要求、而且更質輕質優的產品的。
拓撲優化主要思想是尋求一種能夠根據給定負載情況、約束條件和性能指標，在指定區域內對材料分布進行優化的數學方法，對系統材料發揮最大利用率。
通過將區域離散成足夠多的子區域，借助有限元分析技術對于結構進行強度分析或模態分析等，按照指定優化策略和準則從這些子區域中刪除一定數量單元，用保留下來的單元描述結構的最優拓撲。
圖1
ANSYS Topology Optimization拓撲優化模塊能夠結合ANSYS Mechanical進行強度和頻率兩種分析下的拓撲優化分析計算，強大的SpaceClaim Direct Modeler能夠繼拓撲優化之后對于較為粗陋的刻面片體結構完成光順化處理，STL文件生成直接送入3D增材打印機進行打印滿足輕量化設計需求。
同時SpaceClaim Direct Modeler先進強大的建模技術、修復技術能使工程師根據光順后的外觀進行建模重構獲得三維造型設計，高級蒙皮功能技術能夠最大化保留拓撲優化結構形貌，這些都極大滿足了復雜裝配體結構安裝、定位、配合、功能等需求。如圖1所示，為某機械手臂結構拓撲優化與光順化示例。
展開 請大師給看一下：
在workbench平臺上做拓撲優化，載荷和受力設置正常，后處理正常，但是無法查看拓撲優化的結果
產品概念設計初期，單純的憑借經驗以及想象對零部件進行設計往往是不夠的，在適當約束條件下，如果能充分利用“拓撲優化技術”進行分析，并結合豐富的產品設計經驗，可以設計出更能滿足產品結構技術方案、工藝要求以及更質輕質優的產品。
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，將區域離散成足夠多的子區域，借助FEM分析技術按照指定的優化策略、約束準則、目標等從這些區域中刪除一定數量單元，用保留下來的單元描述結構的最優拓撲，發揮系統材料最大利用率。拓撲優化后，通常需要對其產生的結果模型進行設計驗證，完全復制拓撲優化前的邊界條件進行仿真計算。
以往版本需要在WorkBench中添加后續分析模塊去驗證優化后的模型。拓撲優化后的仿真計算設計驗證過程如下圖所示。先在拓撲結果中生成光順平滑的 STL 模型后，再在 Workbench 中通過“Transfer to Design Validation System”將優化結果傳遞至驗證系統，系統自動生成位于拓撲優化系統上游的相同類型的Mechanical系統，并繼承之前的全部計算載荷和約束。創建該驗證工作流程，分為四步，在創建的驗證系統中去劃分網格運行計算及查看設計結果。
前面版本雖然可以比較方便地把優化后的模型導入到新的靜力學結構仿真中，進行優化模型的驗證，但2022R1版本新增擁有了更便捷的功能，可以直接在結構優化系統中查看優化后的力學特性，即允許用戶直觀可視化最終設計的結果（變形、應力、特征值模態等），更方便快速檢查和驗證力學行為。
展開 拓撲優化是指形狀優化，有時也稱為外型優化。 拓撲優化的目標是尋找承受單載荷或多載荷的物體的最佳材料分配方案。這種方案在拓撲優化中表現為“最大剛度”設計。與傳統的優化設計不同的是，拓撲優化不需要給出參數和優化變量的定義。目標函數、狀態變量和設計變量（參見“優化設計”一章）都是預定義好的。用戶只需要給出結構的參數（材料特性、模型、載荷等）和要省去的材料百分比。給每個有限元的單元賦予內部偽密度來實現。這些偽密度PLNSOL，TOPO命令來繪出。拓撲優化的目標——目標函數——是在滿足結構的約束（V）情況下減少結構的變形能。減小結構的變形能相當于提高結構的剛度。這個技術通過使用設計變量。
結構拓撲優化的基本思想是將尋求結構的最優拓撲問題轉化為在給定的設計區域內尋求最優材料分布的問題。通過拓撲優化分析，設計人員可以全面了解產品的結構和功能特征，可以有針對性地對總體結構和具體結構進行設計。特別在產品設計初期，僅憑經驗和想象進行零部件的設計是不夠的。只有在適當的約束條件下，充分利用拓撲優化技術進行分析，并結合豐富的設計經驗，才能設計出滿足最佳技術條件和工藝條件的產品。連續體結構拓撲優化的最大優點是能在不知道結構拓撲形狀的前提下，根據已知邊界條件和載荷條件確定出較合理的結構形式，它不涉及具體結構尺寸設計，但可以提出最佳設計方案。拓撲優化技術可以為設計人員提供全新的設計和最優的材料分布方案。拓撲優化基于概念設計的思想，作為結果的設計空間需要被反饋給設計人員并做出適當的修改。最優的設計往往比概念設計的方案結構更輕，而性能更佳。經過設計人員修改過的設計方案可以再經過形狀和尺寸優化得到更好的方案。
展開 拓撲優化
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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
01
需求分析
在管路系統設計中，優化管路幾何結構以獲得最佳性能是一項重要的挑戰。一般情況下，管道的性能主要有壓降、流量、換熱量、出口旋流和表面速度均勻性等參數。在現代化的設計優化過程中，通常需要借助CAE工具來定義形狀和運行參數變化
產品概念設計初期，單純的憑借經驗以及想象對零部件進行設計往往是不夠的，在適當約束條件下，如果能充分利用“拓撲優化技術”進行分析，并結合豐富的產品設計經驗，可以設計出更能滿足產品結構技術方案、工藝要求以及更質輕質優的產品。
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，將區域離散成足夠多的子區域
ANSYS Workbench 拓撲優化新功能案例分享
作者：大龍貓 fwz0703@163.com
ANSYS最新版的拓撲優化功能又有了新的進步，設置的條件選項方法的不同，導致的結果的不同，下面查看其中幾個案例導致的不同形狀結果
1.約束中的subtype設置為housing
設置方法如圖所示，選擇類型housing即可，下方選擇相應的保留面，如圖所示。
隨著3D打印技術的發展，該項技術正引領著許多產業的輕量化進程，這有賴于3D打印相對于傳統制造工藝具有更高的制造自由度，可以生產更為復雜的結構。汽車、飛機、航天器等幾乎任何東西都可以變得質量更輕。那么什么是輕量化，輕量化有哪些好處？
輕量化這一概念最先起源于賽車運動, 在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的重量，重量輕了,可以帶來更好的操控性,發動機輸出的動力能夠產生更高的加速度
在航天航空領域，復雜多變的天氣對飛行器的結構設計、材料和制造等提出了更高的要求。迫切需要通過制造技術的創新實現結構的輕量化、結構一體化以及提高產品生命周期性能的制造技術。
增材制造俗稱3D打印，顛覆了傳統制造技術，可以精密地制造出復雜形狀的零件，從而實現了零件"自由制造"。而且相比傳統制造業，產品結構越復雜，增材制造的優勢也越明顯。
無疑，無論是實現輕量化、結構一體化還是以提高產品生命周期性能為目標
創成式設計不斷改進、推動產品開發的創新級別，同時加快設計流程。
CIMdata 推出的這本綜合性電子書闡述了 NX 之類計算機軟件如何幫助工程師創建并優化 3D 模型。此款最佳創成式設計軟件融合了結構拓撲優化、收斂建模和 3D 打印之類技術。
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