ansys 形狀拓撲優化的案例
完全掌握workbench結構拓撲優化（形狀優化） ￥5
微信 leslie_wj
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workbench結構優化設計可以分為兩類：拓撲優化（形狀優化）和參數優化。
本文內容：
workbench拓撲優化實例詳解
下文目錄：
一：建模
二：加載
三：拓撲優化
四：總結
發動機缸體缸蓋的快速形狀及拓撲優化
此外，客戶希望同時進行形狀優化和拓撲優化，以提高材料利用率。同時，可以針對缸體上的筋作進一步優化設計和拓撲優化，實現動力總成的剛度和彎曲模態的優化方案。
解決方案
由于時間至關重要，DEP團隊采用了“極簡設計方法”應用于該項目。極簡設計方法包括將設計更改盡可能減少，同時需要驗證工藝制造可行性。
形狀優化：
形狀優化包括以下步驟：
對初始輸入模型進行NVH，疲勞分析；
利用Meshworks建立參數化模型，獲取最優的重量以及和初始方案一致的性能；
經過和制造團隊的討論，得到可行的設計修改空間；例如，合理的壁厚，翻邊厚度，筋的厚度，凸臺高度等；
將參數化的變量值修改為合理范圍，以達到所有的目標值；
所有的分析如下：
缸體疲勞分析；
缸孔變形分析；
NVH分析 – 動力總成彎曲模態，偏移，以及附件加速度和噪聲分析。
拓撲優化
用MeshWorks快捷的在缸體上直接增加筋或刪除筋，以及創建包絡拓撲空間
CAD-Morpher
可以依據網格的變形結果，將原始CAD數據進行100%的變形，這個結果是可以直接導出為CAD軟件可識別的格式，例如parasolid格式。
結果
重量降低10%，同時各項性能指標全部滿足設計要求。
展開 淺析結構優化方法：拓撲、形狀、形貌、自由尺寸、尺寸
拓撲優化：拓撲優化是一種在設計中尋找最佳材料分布的方法。
它通過改變材料在結構中的分布，以最小化結構的質量（或體積分數）并滿足特定的性能要求。在汽車輕量化中，拓撲優化可以用來確定哪些部分需要加強，哪些部分可以減輕以降低整體重量，同時保持結構的強度和剛度。
形狀優化：形狀優化關注的是在給定的幾何形狀內，調整結構的形狀以優化性能。這可能涉及到改變零部件的曲率、截面形狀或其他幾何參數。在汽車輕量化中，形狀優化可以用來改進零部件的空氣動力性能、減少空氣阻力或改善碰撞安全性。
形貌優化：形貌優化通常與曲面設計相關，它著重于調整曲面的形狀以滿足特定的外觀、空氣動力性能或其他要求。在汽車設計中，形貌優化可以用來打造更具吸引力的外觀，同時確保空氣動力學效率。
自由尺寸優化：自由尺寸優化是一種更靈活的方法，它允許在優化過程中改變零部件的尺寸和形狀，而不受固定的幾何約束。這種方法通常需要高級的優化算法來找到最佳解決方案。在汽車輕量化中，自由尺寸優化可以用來創造創新的設計，以滿足復雜的性能目標。
尺寸優化：尺寸優化涉及到優化零部件的尺寸（厚度），以滿足性能要求。這可以包括增加或減小零部件的尺寸，以改善強度、剛度、耐久性等方面的性能。在汽車輕量化中，尺寸優化可以幫助設計更輕、更緊湊的零部件。
拓撲優化通常是優化的第一個階段，因為它確定了結構中哪些部分需要被優化。形狀優化通常在拓撲優化之后進行。拓撲優化確定了哪些區域需要被優化，而形狀優化則在這些區域內進行形狀的調整。形貌優化通常是在形狀優化之后進行的。
形狀優化確定了結構的內部幾何形狀，而形貌優化則在這個基礎上進行外部形貌的調整。尺寸優化可以在拓撲優化和形狀優化這兩個階段之間或之后進行。自由尺寸優化可以在其他優化方法可以在優化過程中的任何時候進行。
展開 ANSYS 拓撲優化 無法查看優化結果
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
Ansys Workbench中拓撲優化后結構力學特性之可視化 | 結構優化新功能
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 CAESES與ANSYS耦合形狀優化
在ANSYS中進行形狀優化
為了能夠在ANSYS Workbench中實現CAESES動態變化，您需要在ANSYS Workbench中安裝CAESES的ANSYS APP（ACT擴展）。并通過CAESES組件更新并下載“.fsc”文件。幾何模型輸出并加載到ANSYS Workbench中之后，會自動使用在CAESES中選擇的文件格式。
在ANSYS Workbench中的CAESES組件更新后，其幾何設計變量會自動顯示在參數設置中。之后，就可手動或是通過優化工具（ANSYS的內置策略、optiSLang等）來改變這些變量參數設計得到新方案。
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展開 在ANSYS中以CAESES進行形狀優化
此外，我們落實了二維幾何與拓撲共享之間的工作流。
現在，公司正在向現有客戶發送插件，以便能將其應用到各種工作流和應用程序中。接下來CAESES軟件將被放置在ANSYS的應用商店中，此后可在ANSYS Workbench的用戶界面中直接安裝。深入了解請訪問天洑官網，聯系我們。
關于CAESES
CAESES軟件是一款針對仿真工程師的具有獨特CAD功能的自動優化軟件。用戶可以在仿真軟件中連接CAESES，也可以在CAESES中連接仿真軟件。
CAESES軟件的側重點是為待模擬及魯棒性變化的幾何模型提供更快更全面的設計研究以及形狀優化功能。CAESES模型的設計變量可以通過CAESES的GUI或者批處理腳本文件進行控制，該功能在新的CAESES-ANSYS應用中同樣可以實現。更多相關信息，請關注天洑網站：http://www.njtf.cn/。
CAESES全球用戶群
展開 三角支架的拓撲優化 - ANSYS Workbench ￥3
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 基于ANSYS的汽車轉向節拓撲優化仿真分析
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。
展開 ANSYS拓撲優化
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(ANSYS)
拓撲優化
ANSYS結構拓撲優化設計
本文用ANSYS軟件對某客車車身進行靜態有限元分析。在此基礎上，采用均勻化方法，以車架總柔度為目標函數，以體積作為約束條件，對幾種工況下的車頂進行了拓撲優化設計。探討了拓撲優化設計過程中，基本模型建立、優化區域選擇、優化過程控制及優化結果分析與應用等問題。實現了拓撲優化在汽車結構的初始設計過程中的應用
ANSYS結構拓撲優化設計.doc
ANSYS拓撲優化-趙州橋
拓撲優化在工程設計中，常用于機械結構概念設計和輕量化設計，ANSYS通用有限元分析軟件提供了強大的拓撲優化功能，本文將通過一個簡單實例進行展示。
【趙州橋簡介】
趙州橋又稱安濟橋，坐落在河北省趙縣的洨河上，橫跨在37米多寬的河面上，因橋體全部用石料建成，當地稱做“大石橋”。建于隋朝開皇十一年至開皇十九年（公元591年－599年）之間，由著名匠師李春設計建造，距今已有1400多年的歷史，是當今世界上現存最早保存最完整的古代單孔敞肩石拱橋。趙州橋是古代勞動人民智慧的結晶，開創了中國橋梁建造的嶄新局面。
2015年榮獲石家莊十大城市名片之一。它是中國第一石拱橋，在漫長的歲月中，雖然經過無數次洪水沖擊、風吹雨打、冰雪風霜的侵蝕和8次地震的考驗，卻安然無恙，巍然挺立在洨河之上。
趙州橋為一座上承式拱橋，全長50.82米，橋寬9.6米，橋高7.23米，主孔跨徑37.02米；主拱券等厚1.03米，上部有護拱石；主拱券兩側各有兩個凈跨分別為3.8米和2.85米的小拱，可增加過水面積16%；橋梁重2800噸。
【案例描述】
按照趙州橋的尺寸參數縮小100倍建模，模擬趙州橋長為50.82mm，寬為9.6mm，高為7.23mm，在兩端下方增加寬2mm，高2mm的底座用于施加固定約束，在橋面上施加1000Mpa的壓力，求解橋體的變形和應力，然后用ANSYS拓撲優化工具對橋體優化，得到體積為原來30%并且剛度最大的結構。
【案例分析】
如案例描述過程，首先對實體模型結構分析得到應力和位移，然后用ANSYS拓撲優化對結構進行優化，最后對優化后的結構做驗證分析。
【案例過程】
1）打開ANSYS WORKBENCH打開WORKBENCH建立靜力學分析系統，將單位改為Kg，mm，s系列。
展開 ANSYS Workbench的拓撲優化分析
在實際工程中有很多關于拓撲優化的例子，常見的如齒輪的減重孔，橋梁的拱洞，自行車架等等，如下圖（圖片來源于網絡）所示。
這些都是拓撲優化后的產物，不僅在結構強度上與優化前相差無幾，而且大大的減輕了自身的重量，為未來的結構更新提供了很好的思路。下面將通過ANSYS Workbench軟件對三角板進行拓撲優化。
1.建立模型
2.建立靜力學模塊并實現模型共享
3.劃分網格
4.建立邊界條件
5.求解，查看后處理
變形云圖：
應力云圖：
注意：從應力云圖中可以看出整個三角板的應力分布區域，藍色部分的范圍為0.09-5.3034Mpa，應力很小，可以去除這一部分，因此基本可以從應力云圖中看出拓撲優化后的結果。
6.建立拓撲優化模塊
注意：拓撲優化模塊與靜力學的結果相連，進行數據傳遞。
7.設置響應參數
注意：設置為Mass，Percent to Retain設置為50%，表示保留百分之50的模型質量。
8.拓撲求解
9.拓撲優化Gif：
10.返回主頁面
注意：在Topology Optimization的Results欄下右擊，然后點擊Transfer to Design Validation System，會再出現一個靜力學，點擊Updata選項，再次進入新的靜力學中的Geomtry中，默認為打開SCDM。
展開 基于 ANSYS WORKBENCH 2023R1拓撲優化 ￥50
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
