ansys結構形狀優化的案例
完全掌握workbench結構拓撲優化（形狀優化） ￥5
作者介紹 力學碩士，有七年的結構有限元分析經驗。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
結構優化：利用Hyperstudy實現盒子尺寸和形狀優化，達到滿足強度要求 ￥15
結構優化：利用Hyperstudy實現盒子尺寸和形狀優化，達到滿足強度要求
TOSCA-結構形狀優化培訓教程
樹優公司(SOYTOEC)提供的TOSCA是國際領先的結構拓撲、形狀和加強筋優化軟件,被奧迪、寶馬、索尼、空客等世界知名企業所采用：1. 任意載荷工況拓撲、形狀、加強筋優化2. 支持非線性、接觸3. 支持求解器：ABAQUS, ANSYS, Nastran,Marc,FEMFAT, FE-Safe, Falancs, nCode, Femsite4. 拔模、鑄造、沖壓、對稱、加強筋間距、最大最小尺寸、空洞5. 考慮塑性應變導致的疲勞6.網格自動細化和光順7.CAD導出,自動生成報告
樹優公司-TOSCA-結構形狀優化培訓教程-1.pdf
展開 電機轉子結構自由形狀優化分析
一、項目描述：
電機轉子輕量化
其中轉子的主要工況為高速旋轉
在保證在該工況下，轉子結構強度滿足設計要求的前提下，對其結構進行形狀優化，實現輕量化設計。
二、分析概述
Objective:
優化目標
Minimize mass / minimize volum
Constraint:
約束條件
Maximum von Mises stress of the joint < 300 MPa
Design variables:
優化對象
Free-Shape
分析步驟：
1、 靜力學分析，工況建立，求解并查看分析結果，
2、 創建設計變量
3、 創建響應
4、 創建控制條件
5、 創建目標
靜力學分析工況：
高速旋轉 15000r/min，簡化為離心力
模型為3D模型，因為截面是相同的，故采用2D模型進行簡化。
模型描述
轉子結構如下圖所示：
由于整個模型截面是相同的，故簡化為2D模型進行分析。
三、分析設置步驟
Step1：靜力學分析工況
約束：旋轉中心位置
載荷：根據轉速大小，輸入離心力大小。
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 樹優公司-TOSCA-結構形狀優化培訓教程-1
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展開 案例分享︱復雜仿真應用定制——ccxShapeOpt結構形狀優化APP
01 什么是結構優化設計？
結構優化設計 (optimumstructural design)在給定約束條件下（如結構體積、固有頻率），按某種目標函數(如結構剛度最大、質量最低)求出最好的設計方案，如以結構的重量最小為目標，則稱為最小重量設計。
結構優化按照改變結構原始狀態的程度分為：結構尺寸優化、結構形狀優化、結構拓撲優化。
1.結構尺寸優化
根據給定的設計目標和約束，確定結構參數的具體值的優化設計方法。例如，在給定的固有頻率和最大位移的條件下，優化車門的厚度這一結構參數達到重量最輕的目標。
2.結構形狀優化
根據給定的性能指標和約束條件，確定產品結構的邊界形狀或者內部幾何形狀的設計方法。
3. 結構拓撲優化
在固定的優化設計空間內，找到滿足各種性能條件的最佳材料分布。一般用于產品概念設計階段。
圖1 結構優化分類【1】
本文關注結構的形狀優化。形狀優化一般用于產品設計的中后期，即產品大體輪廓已經確定，只需進行較小的改動【2】。本文采用的自由形狀優化技術是一種基于網格節點自由變形的技術，該技術基于目標函數對設計域網格節點坐標的靈敏度分析以及每次迭代的移動控制策略，能夠自動地改變設計域的網格坐標，省去了設計人員手動對單元網格進行變形的步驟，設計人員只需要在結構上選擇節點集合再設定好移動控制參數即可等待優化結果報告。
02 ccxShapeOpt結構形狀優化APP
CalculiX是一個對標著名非線性結構分析商軟ABAQUS的免費、開源的3D結構非線性分析程序【3】。
展開 CAESES與ANSYS耦合形狀優化
汽車進氣道設計
CAESES版本4.3允許您在ANSYS Workbench中訪問并控制魯棒性良好的CAESES模型，從而實現仿真驅動的形狀優化。
FRIENDSHIP SYSTEMS 提供了一個CAESES和ANSYS之間的關聯程序，允許您在ANSYS Workbench用戶界面中導入CAESES幾何模型。
只需幾下點擊操作，即可開展大工作量研究，比如實驗設計或常規優化，也包括基于代理模型的高效優化—一切都可實現全自動化。
新的連接平臺將面向所有的CAE求解（如流體分析或結構分析）和軟件應用（如ANSYS FLUENT, ANSYS CFX or ANSYS Mechanical）。
復雜幾何的優化
如果您本來使用的就是ANSYS Workbench平臺，將無需再學新的東西。同時，也無需進行任何腳本編輯工作，也能受益于CAESES模型的幾何有效性和魯棒性。僅僅用拖拽功能將模型添加至ANSYS Workbench中即可運行。
這個集成面向來自任何軟件的任意幾何。都是CAESES用戶經常處理的那些復雜幾何形狀，例如船體、螺旋槳、轉子和靜子葉片、管道、進氣岐管、排氣系統、透平機械等等。
其中一個案例就是注塑機剪切頭參數化模型，傳統CAD工具通常無法在自動化流程中重新設計得到這種復雜的完全參數化模型。
注塑機剪切頭幾何外形
用于自動化研究的100%魯棒性CAESES模型
CAESES配置
那么如何實現這個新的連接呢？首先，您需要確保您的CAESES幾何模型能夠通過一組變量控制變形。設置一個“.fsc”的控制文件，并通過CAESES文件菜單（file>expor>fsc file）進行輸出。—這就是您所需要準備的。
展開 在ANSYS中以CAESES進行形狀優化
CAESES中參數化幾何模型的設置
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組件下載并更新“.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。
使用CAESES-ANSYS自動生成幾何
導出的文件為ACIS(*.sat)格式，其中包含了大量的識別不同幾何部分的額外信息。在CAESES中，您可以為各個面自定義不同的顏色，它們會在ANSYS Workbench中轉化為標識符。在自動生成網格的過程中，您需要通過“命名選擇”來識別模型不同的顏色。您可以在處理好的幾何模型中找到更多的關于顏色的信息。
各個面的顏色標識
當更新好ANSYS Workbench組件后，幾何模型的設計變量就會自動顯示在參數設定區域。通過手動或優化工具改變這些參數，來生成新的設計方案。無論您需要解決何種CAE任務（如計算流體力學或結構分析），無論您使用何種求解器（如ANSYS Fluent，ANSYS CFX和ANSYS Mechanical），這一新的連接都可以為您提供完美的服務。
在ANSYS Workbench中進行自動形狀優化，并比較不同形狀幾何的性能
ACT應用開發
為了CAESES 和ANSYS Workbench之間的耦合連接，CAESES與CADFEM公司開展了緊密的合作。
在第一階段，為了解ANSYS中的ACT技術，CAESES工程師在CADFEM進行了系統的交流和培訓。
展開 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 
ANSYS網絡研討會——利用網格變形技術進行空氣動力學形狀探索和優化
優化算法與計算流體動力學 (CFD) 等計算工具相結合，能在設計探索中發揮重要作用。本次網絡研討會說明了如何針對空氣動力學形狀優化問題制定快速解決方案。在網絡研討會上，我們提出了用 ANSYS Workbench 作為框架、RBF 作為變形技術、 ANSYS Fluent 作為求解器且以 DesignXplorer 作為實驗設計工具部署的新方法。
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利用網格變形技術進行空氣動力學形狀探索和優化
ANSYS結構優化模塊的形貌優化功能實例
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背景
ANSYS 2022R1的結構優化模塊提供如下優化功能。
1）拓撲優化-基于密度；
2）拓撲優化-基于水平集；
3）柵格法；
4）形狀優化；
5）拓撲優化-混合密度法(公測版)
ANSYS 2023R1的結構優化模塊提供如下優化功能。
ANSYS結構優化模塊的形貌優化 ￥50
ANSYS Workbench 形貌優化主要是針對薄殼結構的強度，改變其表面形貌，如凸起，加強等。
原模型
整體變形為0.87mm。
質量約束為100%
形貌優化后，同質量下，整體變形為0.12mm，結構剛度明顯提升。
斯姆勒 5.21-24 西安 | ANSYS工程結構強度、剛度、非線性分析及結構優化工程應用高級培訓
ANSYS 工程結構強度、剛度、非線性分析及結構優化工程應用高級培訓
一、培訓目標
（一）、理解有限元分析計算的原理；
（二）、掌握ANSYS workbench軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握工程結構強度、剛度的分析方法和非線性分析技巧；
（四）、掌握工程結構優化設計（拓撲優化、尺寸優化）分析方法；
（五）、培養獨立工程結構的力學分析能力。
二、增值服務
1、贈送培訓同屏錄制高清視頻（價值2680元），可反復學習。
2、參與學員均免費注冊為雅典娜仿真技術共享云平臺會員，贈送仿真技術視頻數百G仿真技術視頻；
3、持本人學生證或教師證享有9折優惠；一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠。
4、參與學員及單位均可享受雅典娜云平臺所有課程7折優惠。
5、單次課程參與培訓人數5人及以上，可安排就近城市開課。
三、主講老師
寧老師，斯姆勒數值仿真技術研究院首席專家，西安交通大學航空航天學院力學博士，多年上市機械企業結構負責人，18年的軟件工程應用經驗；長期從事有限元領域國家重大項目研究，發表論文20余篇，獲得專利11項，開發有限元軟件4項，具有資深的技術底蘊和專業背景；擅長靜力學，模態分析，隨機振動/譜分析，隱/顯式動力學分析，轉子動力學分分析、疲勞分析，線性/非線性屈曲分析，斷裂力學分析，壓電分析，復合材料分析，熱分析，流體力學分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發等仿真分析。
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