ansys自由尺寸優(yōu)化的案例
淺析結構優(yōu)化方法：拓撲、形狀、形貌、自由尺寸、尺寸
拓撲優(yōu)化：拓撲優(yōu)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(shù)）并滿足特定的性能要求。在汽車輕量化中，拓撲優(yōu)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(yōu)化：形狀優(yōu)化關注的是在給定的幾何形狀內，調整結構的形狀以優(yōu)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(shù)。在汽車輕量化中，形狀優(yōu)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(yōu)化：形貌優(yōu)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(yōu)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(yōu)化：自由尺寸優(yōu)化是一種更靈活的方法，它允許在優(yōu)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(yōu)化算法來找到最佳解決方案。在汽車輕量化中，自由尺寸優(yōu)化可以用來創(chuàng)造創(chuàng)新的設計，以滿足復雜的性能目標。
尺寸優(yōu)化：尺寸優(yōu)化涉及到優(yōu)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(yōu)化可以幫助設計更輕、更緊湊的零部件。
拓撲優(yōu)化通常是優(yōu)化的第一個階段，因為它確定了結構中哪些部分需要被優(yōu)化。形狀優(yōu)化通常在拓撲優(yōu)化之后進行。拓撲優(yōu)化確定了哪些區(qū)域需要被優(yōu)化，而形狀優(yōu)化則在這些區(qū)域內進行形狀的調整。形貌優(yōu)化通常是在形狀優(yōu)化之后進行的。
形狀優(yōu)化確定了結構的內部幾何形狀，而形貌優(yōu)化則在這個基礎上進行外部形貌的調整。尺寸優(yōu)化可以在拓撲優(yōu)化和形狀優(yōu)化這兩個階段之間或之后進行。自由尺寸優(yōu)化可以在其他優(yōu)化方法可以在優(yōu)化過程中的任何時候進行。
展開 基于Optistruct的復合材料B柱外板的自由尺寸優(yōu)化
因此本次優(yōu)化作品對某汽車B柱外板進行自由尺寸優(yōu)化。
B柱靜力學分析
B柱的作用除了起支撐外，還主要承受汽車側面的碰撞保護行人的安全，因此對B柱的抗彎性進行分析極為重要。本作品以固支梁的形式，如圖1所示，兩端固定，在B柱外板中間施加1200N 的均布載荷，進行分析再對其進行優(yōu)化。
圖1 受力模型
B柱外板總厚度為2.4mm，一共鋪設8層CFRP，每層后0.3mm，鋪層角度順序為[0°/90°/45°/-45°]2，如圖2所示，CFRP 的材料屬性見圖3。
圖2 鋪層設置
圖3 材料屬性
求解得到圖4的位移云圖，發(fā)現(xiàn)最大位移再邊緣處為3.142mm。
圖4 位移云圖
2.優(yōu)化設計
本作品以質量最小為優(yōu)化目標，約束條件為最大位移為3mm，對復合材料鋪層厚度進行優(yōu)化。在optimization界面里free size里設計變量，設置最小成員尺寸為5mm，設置每層的厚度為最小為0.2mm，每層百分比范圍在10%~60%之間，±45°層設置對稱平衡設置，如圖5所示。圖6、7為約束和目標的設置。
展開 在Ansys Workbench環(huán)境中對構件的尺寸優(yōu)化設計
主題：關于Workbench下構件尺寸的優(yōu)化設計
工作環(huán)境：
1.應用軟件：Ansys Workbench 9.0 SP1
2.操作系統(tǒng)：WinXP SP2
3.硬件配置：P4 2.8G, DDR 2G, IDE HD 80G
研究目的:簡單起見，研究圓截面懸臂梁在自由端受Y方向作用力時，截面半徑和梁跨度對最大位移（端面）的影響，并且在截面積盡量小，梁跨度盡量大的情況下優(yōu)化尺寸。
研究流程：
1. DM 下建立幾何模型：
生成一直徑為10mm跨度為50mm的圓截面梁，并且勾上半徑和跨度前面的參數(shù)框，此時會要求填寫參數(shù)名稱，將參數(shù)標志DS加到新命字中(我設的是DS_D1和DS_FD1)。
2. DS下首先在幾何模型的CAD Parameters中選上DS_D1, DS_FD1;然后設置材料性質(我用默認參數(shù)_Structual Steel)，劃分網(wǎng)格(默認)，在一端施加位移約束，在一端施加大小為100N的力,方向為Y負方向。在Solution模塊中，選擇Deformation->Directery Deformation, 方向選擇為Y軸，并且勾上Max Deformation項。最后添加Parameter Item->arameter Manger,其中Parameter Manger分為上下兩欄，上欄為勾選的參量名字，下欄為當前情況下，各參量的值(Max Deformation還未算出，故為空)，可以通過添加新行來設置各種參數(shù)組合(我的設置DS_D1為9，10，11；DS_FD1為40，50，60即9種情況組合)，全部選中，Solve，此時相當于求解9次模型，有點費時間：( 此時得到的是最后一種情況下的計算結果。
3. 進入DesighXplorer，進行參數(shù)優(yōu)化。
展開 Ansys Zemax | 利用 TrueFreeForm 面進行網(wǎng)格自由曲面的優(yōu)化
接著，我們將進行微顯示器的優(yōu)化和人眼追跡系統(tǒng)的嵌入。在這些過程中，我們還不會對參數(shù)式自由曲面的光學表面進行校正。
注意，為了簡化設計我們忽略了光學系統(tǒng)中的透視（see-through）結構，并且只以單一波長的入射光進行優(yōu)化。
此外，一開始的光學表面優(yōu)化是以顯示器系統(tǒng)的成像為目標，而忽略了人眼追跡系統(tǒng)的表現(xiàn)。因此在優(yōu)化結果的呈現(xiàn)上，F(xiàn)/3 NIR光學系統(tǒng)會有不錯的影像質量，但NIR人眼追跡系統(tǒng)則不然。我們可以在下方的MTF圖中看到以完整FOV取樣的結果，以及NIR人眼追跡系統(tǒng)中所有視場的像散。后者的平均像散約為1.4個波，并在整個FOV具有1.42個波的RMS平均波前誤差。
為了得到各系統(tǒng)較平衡的結果，我們可以重新對三個自由曲面進行優(yōu)化。但要注意的是，任何增進NIR人眼追跡系統(tǒng)影像質量的改變，都將對顯示器系統(tǒng)的成像造成負面的影響。此時，改以TrueFreeForm面進行設計便成了一個更好的選項。如果用戶想在不犧牲顯示器成像質量的情況下改善人眼追跡系統(tǒng)，可以由S3 （即棱鏡最上方的面）的子孔徑優(yōu)化著手。
定義網(wǎng)格矢高變數(shù)
注意，在下圖中我們可以看到NIR光束在S3上產(chǎn)生成像路徑的光跡（footprint， 綠色區(qū)域）和微顯示器上的光線（藍色區(qū)域）是明顯分離的。
當TrueFreeForm面S3的擴展多項式已根據(jù)微顯示器系統(tǒng)完成優(yōu)化，我們接著將網(wǎng)格矢高的信息填入表面矢高的設定中（默認值皆為0）。此時，只剩下S3上接收NIR光束（人眼追跡系統(tǒng)）的區(qū)域需被重新優(yōu)化。需要注意的是，在優(yōu)化的過程中由微顯示器發(fā)出、落在S3上的光束所產(chǎn)生的光跡不會受到影響。此外在原先的設計中，與視場無關的像散為主要的像差。因此我們可以使用較低階的表面輪廓修正明顯的改善成像質量。
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基于ANSYS APDL的某輸電塔塔架 結構尺寸優(yōu)化設計
特別聲明：本次優(yōu)化是基于ANSYS 經(jīng)典 Design OPT 模塊，在ANSYS14.0版本以后，該模塊已經(jīng)被移植到WB中。所以要完成本文類似的過程，需要安裝14.0以下的版本。
溫馨提示：如果電腦上有安裝14.0以上的版本，在安裝其他版本時（限11.0~13.0），直接安裝產(chǎn)品本身即可，無需卸載了再重新安裝舊版本，也無需重新安裝證書，高版本的證書支持低版本。
近年來，電力行業(yè)的快速發(fā)展推動了輸電線路鐵塔行業(yè)的發(fā)展。輸電線路鐵塔，按其形狀一般分為：酒杯型、貓頭型、上字型、干字型和桶型五種。本案例以一桶型輸電塔塔架為例，對其進行尺寸優(yōu)化分析，簡要介紹采用ANSYS Design OPT進行優(yōu)化分析的一般步驟。
某塔架塔高51m，底部開間23.16m，頂部開間8m，結構主材采用Q420、Q345和Q235三種角鋼，鋼材材料密度取 7850 kg/m3,彈性模量取205GPa。采用link180單元模擬各個桿件，各個桿件的截面面積通過實常數(shù)的方式進行賦值，結構底部固結。
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