支架優化
關注創建者：阿來兒 創建時間：2023-03-23
支架優化的視頻教程
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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基于adams+hypemesh+abaqus軟件的車身舉升支架拓撲優化和非線性強度分析
針對車身翻轉過程中，油缸支架受力大小和方向不斷變化而導致的邊界條件不明確及部件較重的問題，制定了如下分析方案： 第一步：建立多體模型，輸出載荷。(adams/view) 1、多體模型的建立、計算； 2、載荷的輸出； 第二步：有限元模型的建立及拓撲優化分析；hypermesh（optstruct） 1、優化對象的定義； 2、優化目標的定義； 3、約束條件的定義。
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支架優化的實例教程
3.2 建立發動機支架優化的CAD模型
根據圖5拓撲優化的結果，結合具體的鑄造工藝條件，進一步對發動機支架的原模型加以改進，即對其進行二次設計，得到支架優化后的CAD模型如圖6所示。
3.3 發動機支架優化前后的有限元分析
表1 發動機支架優化前后結果對比
圖7為優化后發動機支架的有限元模型，至圖8至圖11為發動機優化前后CAE分析結果對比，表1為其優化后的比較結果。
由以上的分析結果可以看出，改進之后的模型在相同的載荷作用下，最大位移和最大應力都較改進之前有所增大，但這是可以接受的，因為最大應力都遠遠小于材料的屈服極限270MP，但重量卻減輕了0.705/4.417=15.96%，該支架生產批量極大，因此其拓撲優化結果將帶來顯著的經濟效益。
5 結論
本文對發動機支架結構進行了基于有限元分析的拓撲優化設計。最終的優化支架，重量減小了 15.96％，由于在行駛中發動機支架不斷受到來自路面的振動，今后應進一步考慮結構在不同路況和路面譜下的動態和疲勞分析，以提高結構的動態性能。
拓撲結構優化能夠為工程設計人員提供結構概念性優化設計方法，將對傳統設計形成挑戰，縮短設計開發的周期，提高零件質量，從而增強企業的競爭力。
來源網絡
展開 衛星斜裝動量輪支架的拓撲優化設計流程
利用 Altair Inspire，設計工程師首先對衛星斜裝動量輪支架優化前三維模型進行了前處理，此環節主要考慮的要素有：動量輪本體有 4 個安裝螺釘；安裝法蘭在腰部，背后突出進入支架內部；支架下端通過 7 個螺釘與衛星連接；姿控要求安裝角度為 45°。
衛星斜裝動量輪支架優化前三維模型
在確認完衛星斜裝動量輪支架的機械接口、安裝空間、安裝要求等要素后，進入了對拓撲優化基礎模型的處理環節，這部分需要確認動量輪支架的設計空間、非設計空間、施加載荷及約束。例如設計空間為支架本體，需要預留回轉部分開口，以及安裝螺釘的操作空間；非設計空間需要考慮為動量輪安裝法蘭提供安裝面及 4 個螺釘孔。同時，由于支架下端是通過 7 個螺釘為衛星連接，所以按照固定支架處理。載荷加載在動量輪上，約束為 7 個螺釘孔，材料是鋁。
衛星斜裝動量輪支架拓撲優化基礎模型
拓撲優化是衛星斜裝動量輪支架優化設計流程中的關鍵環節，主要目的在于確定優化目標，并進行運算。衛星斜裝動量輪支架的拓撲優化是一次輕量化的設計，因此選擇保證一定剛度下的最小質量模式為優化目標，優化的最小剛度為 250HZ，加載載荷為 7 個連接點的固定支架，在設置完成最小厚度壁厚就可以進行運算分析了。
最后，根據輸出優化目標滿足設定要求的數據，并調整拓撲材料分布滑塊，選擇連續實體形式，確定衛星斜裝動量輪支架優化設計結果。
展開 例如設計空間為支架本體，需要預留回轉部分開口，以及安裝螺釘的操作空間；非設計空間需要考慮為動量輪安裝法蘭提供安裝面及4個螺釘孔。同時，由于支架下端是通過7個螺釘為衛星連接，所以按照固定支架處理。載荷加載在動量輪上，約束為7個螺釘孔，材料是鋁。
衛星斜裝動量輪支架拓撲優化基礎模型
拓撲優化是衛星斜裝動量輪支架優化設計流程中的關鍵環節，主要目的在于確定優化目標，并進行運算。衛星斜裝動量輪支架的拓撲優化是一次輕量化的設計，因此選擇保證一定剛度下的最小質量模式為優化目標，優化的最小剛度為250HZ，加載載荷為7個連接點的固定支架，在設置完成最小厚度壁厚就可以進行運算分析了。
最后，根據輸出優化目標滿足設定要求的數據，并調整拓撲材料分布滑塊，選擇連續實體形式，確定衛星斜裝動量輪支架優化設計結果。至此，通過以上步驟，設計工程師們利用Altair Inspire得到了在綜合考量重量情況下的衛星斜裝動量輪支架的優化傳力路徑及連接狀態。
展開 例如設計空間為支架本體，需要預留回轉部分開口，以及安裝螺釘的操作空間；非設計空間需要考慮為動量輪安裝法蘭提供安裝面及4個螺釘孔。同時，由于支架下端是通過7個螺釘為衛星連接，所以按照固定支架處理。載荷加載在動量輪上，約束為7個螺釘孔，材料是鋁。
衛星斜裝動量輪支架拓撲優化基礎模型
拓撲優化是衛星斜裝動量輪支架優化設計流程中的關鍵環節，主要目的在于確定優化目標，并進行運算。衛星斜裝動量輪支架的拓撲優化是一次輕量化的設計，因此選擇保證一定剛度下的最小質量模式為優化目標，優化的最小剛度為250HZ，加載載荷為7個連接點的固定支架，在設置完成最小厚度壁厚就可以進行運算分析了。
最后，根據輸出優化目標滿足設定要求的數據，并調整拓撲材料分布滑塊，選擇連續實體形式，確定衛星斜裝動量輪支架優化設計結果。至此，通過以上步驟，設計工程師們利用Altair Inspire得到了在綜合考量重量情況下的衛星斜裝動量輪支架的優化傳力路徑及連接狀態。
展開 圖8 有限元計算模型
根據拓撲優化的板簧支架結構， 利用大型有限元軟件Hyperworks平臺的RADIOSS求解器對板簧支架進行有限元強度分析，板簧支架新結構最大von Mises應力值計算結果如表1所示，各工況下板簧支架應力云圖如圖 9 所示。
表1 板簧支架優化前后各工況下性能對比
圖9 板簧支架各工況下應力云圖
計算結果表明，經過solidThinking Inspire優化設計后的板簧支架，各工況下強度都滿足設計要求，最小安全系數為3.33。該板簧支架在車輛可靠性試驗過程中未出現斷裂等問題，證明其設計滿足性能需求。通過對板簧支架進行優化設計，證明了基于solidThinking Inspire的拓撲優化設計方法可以有效提高產品開發進度，合理布局零件的材料，達到了降低制造成本的目的。將最終的創意設計結構體現在實際工程中，與車輛的板簧及車架連接，如圖10所示。
圖10 工程實際應用
5 結語
以某重型車板簧支架為設計對象，基于變密度法建立了拓撲優化的數學模型，利用Hyperworks中的solidThinking Inspire模塊將連續體結構拓撲優化方法應用到該板簧支架結構優化設計中，對多工況下的板簧支架結構進行優化設計。
根據拓撲優化的結構，再結合制造工藝及設計經驗，對板簧支架進行重新設計，最后對新結構進行了有限元強度計算，計算
結果表明，進行優化設計后的板簧支架，性能滿足設計要求。通過solidThinking Inspire可以更加科學有效地進行結構設計，使材料在零件的布置更加合理，克服了以往靠經驗設計，僅考慮零件的功能性需求，忽視其可靠性的缺陷。通過solidThinkingInspire的優化設計，不僅可以很好的布置其材料分布，而且節省不必要的材料應用，既提高工作效率，也實現了生產成本的降低。
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支架優化的最新內容
圖4：該航空支架的優化設計使其重量減輕了63%
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這些都需要通過流體力學軟件建立 “血液流動模型”，優化支架的孔徑和形狀，確保植入后血液能順暢流通。
還有 “呼吸模擬器”—— 新冠疫情期間，科學家用流體力學原理模擬病毒在空氣中的傳播路徑，分析不同通風條件下病毒的擴散范圍，為方艙醫院的通風設計提供依據，這正是 “多相流體力學”（氣體 + 病毒顆粒）的實際應用。
管道流體沖擊結構問題
1) 實際痛點：化工、機械領域中，管道內流體突然啟停產生的水錘效應，易沖擊管道壁面導致破裂；
2) 課程解決方案：教你構建管道與流體的耦合模型，設置瞬態流體載荷（通過 “Step” 定義時間步長模擬啟停過程），計算管道不同位置的應力（如彎頭處應力 120MPa），優化管道支架布局（如增加固定支架數量），降低沖擊風險；
3) 應用成果：某化工企業學員優化后，管道水錘沖擊導致的破裂率從
解決思路：用組件級TPA（子結構法）預測航電設備的振動傳遞路徑，優化支架結構或添加隔振墊，將座艙振動控制在0.05m/s2以內。
可解決的問題：
優化支架選擇與植入策略：通過CFD比較不同支架設計對血流的影響，選擇更易維持正常WSS的支架。
降低術后再狹窄風險：預測支架植入后可能出現的血流紊亂區域，輔助醫生調整植入位置或采用藥物涂層支架，從而抑制平滑肌細胞增殖。
6、心功能評估與心力衰竭機制研究
心力衰竭的核心是心臟泵血功能下降，而心室血流動力學與心肌收縮功能密切相關。
可解決的問題：
優化支架選擇與植入策略：通過CFD比較不同支架設計對血流的影響，選擇更易維持正常WSS的支架。
降低術后再狹窄風險：預測支架植入后可能出現的血流紊亂區域，輔助醫生調整植入位置或采用藥物涂層支架，從而抑制平滑肌細胞增殖。
6、心功能評估與心力衰竭機制研究
心力衰竭的核心是心臟泵血功能下降，而心室血流動力學與心肌收縮功能密切相關。
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微米級精度體系
在線檢測系統實時反饋刀具磨損，自動補償±5μm誤差
三次元測量儀+光學影像100%全檢，良率穩定在99.3%以上
產研融合創新
聯合高校開發磁吸式快換工裝，裝夾效率提升50%
為某機器人公司定制拓撲優化關節支架
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。
依據仿真結果對顯微鏡支架的優化表明，優化后最大綜合應力減小3.403，最大應變位移減小0.078。在滿足結構穩定性的前提下，優化后支架質量減少8.5%，滿足輕量化設計需求。
關鍵詞：顯微鏡;靜力學分析;Nastran;優化設計;
0 引言
由于顯微鏡機構的復雜性，用傳統方法和手段設計和分析容易導致設計不夠準確。因此顯微鏡支架部件的結構設計尤為重要。
圖3 底座各工況應力圖
從上述強度分析結果看，底座在工況1、2、3的最大應力分別為251 MPa、245 MPa、216.4 MPa.
2 液壓支架底座優化分析
對底座進行優化，主要優化參數見表3.
2.1 參數靈敏度分析
液壓支架底座優化的參數較多，在進行優化時工作量較大，耗費的計算資源較多。為了減少優化的工作量，對上述參數進行靈敏度分析。
