ansys 拓撲優化算法
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
ansys 拓撲優化算法的視頻教程
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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基于ANSYS的拓撲優化實例
基于ANSYS的拓撲優化實例 圖示一個承載的彈性梁。梁兩端固定，承受兩個載荷工況。梁的一個面是用一號單元劃分的，用于拓撲優化，另一個面是用二號單元劃分的，不作優化。最后的形狀是單元1的體積減少50%。
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ansys 拓撲優化算法的實例教程
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
本文探討了利用ANSYS進行優化設計時的幾種優化算法。
優化技術
理解計算機程序的算法總是很有用的，尤其是在優化設計中。在這一部分中，將提供對下列方法的說明：零階方法，一階方法，隨機搜索法，等步長搜索法，乘子計算法和最優梯度法。(更多的細節參見ANSYS Theory Reference 第20章。)
零階方法
零階方法之所以稱為零階方法是由于它只用到因變量而不用到它的偏導數。在零階方法中有兩個重要的概念：目標函數和狀態變量的逼近方法，由約束的優化問題轉換為非約束的優化問題。
逼近方法：
本方法中，程序用曲線擬合來建立目標函數和設計變量之間的關系。這是通過用幾個設計變量序列計算目標函數然后求得各數據點間最小平方實現的。該結果曲線(或平面)叫做逼近。每次優化循環生成一個新的數據點，目標函數就完成一次更新。實際上是逼近被求解最小值而并非目標函數。
狀態變量也是同樣處理的。每個狀態變量都生成一個逼近并在每次循環后更新。
用戶可以控制優化近似的逼近曲線。可以指定線性擬合，平方擬合或平方差擬合。缺省情況下，用平方差擬合目標函數，用平方擬合狀態變量。用下列方法實現該控制功能：
Command: OPEQN
GUI: Main Menu>Design Opt>Method/Tool
OPEQN同樣可以控制設計數據點在形成逼近時如何加權;見ANSYS Theory Reference。
轉換為非約束問題
狀態變量和設計變量的數值范圍約束了設計，優化問題就成為約束的優化問題。ANSYS程序將其轉化為非約束問題，因為后者的最小化方法比前者更有效率。轉換是通過對目標函數逼近加罰函數的方法計入所加約束的。
展開 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 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
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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
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。
『點擊觀看直播回放』
隨著增材制造以及拓撲優化概念日益深入人心，其應用也愈發復雜。Ansys 2020 R2拓撲優化和增材制造相關的新功能也與時俱進，為您更復雜的設計和更高精尖的研發提供軟件保證。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
▼▼▼2020 Ansys網絡研討會有獎反饋
時間：8月25日 16:00
培訓內容：
本次研討會將帶來拓撲優化新功能以及增材制造新功能的詳細介紹：
拓撲優化新功能：
適用于更復雜問題的優化區域、幾何約束設置
提升優化性能
更簡便地優化驗證流程
適用于制造生產的尺寸控制增材制造新功能：
統一區域創建多種支撐
采用拓撲優化可在保證結構強度基本不變的前提下使原有結構質量降低，實現輕量化設計，亦可使結構的剛度進一步提高，解決傳統方法對于質量降低和剛度提高之間的矛盾。同時，拓撲優化可為設計工程師的創新性設計提供參考，令設計人員腦洞大開。另外，因質量得到降低，所以結構的一階固有頻率也會有所提高，可以有效改善振動噪音問題。
下面具體介紹使用ANSYS Workbench
來源：安世中德（北京）咨詢有限公司 寇曉東
