ansys拓?fù)鋬?yōu)化的案例
ANSYS拓?fù)?/em>優(yōu)化-趙州橋
拓?fù)鋬?yōu)化在工程設(shè)計(jì)中，常用于機(jī)械結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)和輕量化設(shè)計(jì)，ANSYS通用有限元分析軟件提供了強(qiáng)大的拓?fù)鋬?yōu)化功能，本文將通過一個(gè)簡單實(shí)例進(jìn)行展示。
【趙州橋簡介】
趙州橋又稱安濟(jì)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(dāng)?shù)胤Q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(shè)計(jì)建造，距今已有1400多年的歷史，是當(dāng)今世界上現(xiàn)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(dòng)人民智慧的結(jié)晶，開創(chuàng)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(jīng)過無數(shù)次洪水沖擊、風(fēng)吹雨打、冰雪風(fēng)霜的侵蝕和8次地震的考驗(yàn)，卻安然無恙，巍然挺立在洨河之上。
趙州橋?yàn)橐蛔铣惺焦皹颍L50.82米，橋?qū)?.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(hù)拱石；主拱券兩側(cè)各有兩個(gè)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(shù)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(yīng)力，然后用ANSYS拓?fù)鋬?yōu)化工具對(duì)橋體優(yōu)化，得到體積為原來30%并且剛度最大的結(jié)構(gòu)。
【案例分析】
如案例描述過程，首先對(duì)實(shí)體模型結(jié)構(gòu)分析得到應(yīng)力和位移，然后用ANSYS拓?fù)鋬?yōu)化對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，最后對(duì)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)做驗(yàn)證分析。
【案例過程】
1）打開ANSYS WORKBENCH打開WORKBENCH建立靜力學(xué)分析系統(tǒng)，將單位改為Kg，mm，s系列。
展開 ANSYS結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化設(shè)計(jì)
本文用ANSYS軟件對(duì)某客車車身進(jìn)行靜態(tài)有限元分析。在此基礎(chǔ)上，采用均勻化方法，以車架總?cè)岫葹槟繕?biāo)函數(shù)，以體積作為約束條件，對(duì)幾種工況下的車頂進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。探討了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)過程中，基本模型建立、優(yōu)化區(qū)域選擇、優(yōu)化過程控制及優(yōu)化結(jié)果分析與應(yīng)用等問題。實(shí)現(xiàn)了拓?fù)鋬?yōu)化在汽車結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用
ANSYS結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì).doc
ANSYS Workbench 拓?fù)?/em>優(yōu)化新功能案例分享
ANSYS Workbench 拓?fù)鋬?yōu)化新功能案例分享
作者：大龍貓 fwz0703@163.com
ANSYS最新版的拓?fù)鋬?yōu)化功能又有了新的進(jìn)步，設(shè)置的條件選項(xiàng)方法的不同，導(dǎo)致的結(jié)果的不同，下面查看其中幾個(gè)案例導(dǎo)致的不同形狀結(jié)果
1.約束中的subtype設(shè)置為housing
設(shè)置方法如圖所示，選擇類型housing即可，下方選擇相應(yīng)的保留面，如圖所示。
模型中端蓋的孔收到側(cè)向力的作用，固定底面的螺釘孔，優(yōu)化的結(jié)果可以看到默認(rèn)為中間鏤空的方式，而如果選擇內(nèi)表面不去除就可以得到完整的內(nèi)表面模型。
另外一個(gè)模型為中間圓孔收到旋轉(zhuǎn)扭矩的作用，還有向下的壓力，固定底面四個(gè)角的位置，得到的結(jié)果如圖所示，根據(jù)實(shí)際情況控制中間鏤空或者填充
2.約束中的subtype設(shè)置為pull out direction，選項(xiàng)為stamping
設(shè)置方法如圖所示，選擇類型為stamping即可，下方選擇pull out的方向，如圖所示。
模型的約束條件同上，得到的結(jié)果如圖所示。四個(gè)側(cè)面出現(xiàn)凹陷，但是保留內(nèi)部的圓弧面
3.約束中的subtype設(shè)置為pull out direction，選項(xiàng)為no-hole
設(shè)置方法如圖所示，選擇類型為no-hole即可，下方選擇方向，如圖所示。
模型的約束條件為三個(gè)個(gè)螺釘孔固定，優(yōu)化的結(jié)果可以看到默認(rèn)的為中間鏤空的效果，而添加去除孔的效果后其中間用薄平面填充
4.約束中的subtype設(shè)置為圓周對(duì)稱方式，選項(xiàng)為4個(gè)
設(shè)置方法如圖所示，選擇類型cyclic Repetition即可，下方選擇方向和中心軸的方向，如圖所示。
展開 ANSYS Mechanical拓?fù)?/em>優(yōu)化功能在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
圖2 施加約束與載荷
5.3 拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)置
根據(jù)需要設(shè)置拓?fù)鋬?yōu)化的各個(gè)選項(xiàng)，主要包括：
a)優(yōu)化目標(biāo)/優(yōu)化區(qū)域：圓筒外表面；
b)排除區(qū)域/非優(yōu)化區(qū)域：靜力分析中施加載荷及約束的位置；
c)優(yōu)化約束條件：最大等效應(yīng)力小于10000psi；質(zhì)量不少于現(xiàn)結(jié)構(gòu)的50%；
d)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：結(jié)構(gòu)質(zhì)量。
圖3 拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)置
5.4 拓?fù)鋬?yōu)化后的結(jié)構(gòu)
拓?fù)鋬?yōu)化后的結(jié)構(gòu)如下圖所示，在結(jié)果顯示中可以看到，相對(duì)于原結(jié)構(gòu)保留了58%的質(zhì)量。將優(yōu)化后的模型使用SCDM打開，可以清楚的看到優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)。
圖4 拓?fù)鋬?yōu)化后結(jié)果
5.5 拓?fù)鋬?yōu)化后結(jié)果分析驗(yàn)證
ANSYS中可以實(shí)現(xiàn)直接將優(yōu)化后結(jié)果導(dǎo)入新的分析中，進(jìn)行優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)分析，驗(yàn)證優(yōu)化后結(jié)構(gòu)是否滿足要求，如下圖所示。
圖5 優(yōu)化后結(jié)構(gòu)分析流程
下圖中左側(cè)為優(yōu)化前模型的計(jì)算結(jié)果，右側(cè)為優(yōu)化后模型的計(jì)算結(jié)果，通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力滿足要求。
圖6 優(yōu)化前后應(yīng)力與位移結(jié)果對(duì)比
6 ANSYS Mechanical拓?fù)鋬?yōu)化功能的優(yōu)勢(shì)
ANSYS Mechanical R18.0 提供新的基于物理設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，針對(duì)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的新拓?fù)鋬?yōu)化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)如下功能：
a)連接到Static Structural or Modal 模塊；
b)定義優(yōu)化目標(biāo)和約束；
c)發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的幾何模型；
d)檢查優(yōu)化后的幾何模型。
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干貨 | ANSYS Workbench拓?fù)?/em>優(yōu)化應(yīng)用方法
采用拓?fù)鋬?yōu)化可在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度基本不變的前提下使原有結(jié)構(gòu)質(zhì)量降低，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，亦可使結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)一步提高，解決傳統(tǒng)方法對(duì)于質(zhì)量降低和剛度提高之間的矛盾。同時(shí)，拓?fù)鋬?yōu)化可為設(shè)計(jì)工程師的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)提供參考，令設(shè)計(jì)人員腦洞大開。另外，因質(zhì)量得到降低，所以結(jié)構(gòu)的一階固有頻率也會(huì)有所提高，可以有效改善振動(dòng)噪音問題。
下面具體介紹使用ANSYS Workbench進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化的流程和分析步驟：
1.拓?fù)鋬?yōu)化分析流程
首先建立靜力學(xué)分析（或模態(tài)分析），然后進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，最后進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，如圖1所示。
圖1 ANSYS Workbench拓?fù)鋬?yōu)化分析流程
2.ANSYS Workbench拓?fù)鋬?yōu)化分析步驟
2.1、建立拓?fù)鋬?yōu)化分析模塊
從Workbench界面左側(cè)工具欄中雙擊靜力學(xué)分析模塊（或模態(tài)分析模塊），然后將拓?fù)鋬?yōu)化分析模塊拖至靜力學(xué)分析模塊（或模態(tài)分析模塊）“solution”項(xiàng)，見圖2。
展開 基于 ANSYS WORKBENCH 2023R1拓?fù)?/em>優(yōu)化 ￥50
基于2023ANSYS WORKBENCH拓?fù)鋬?yōu)化
圓柱體拓?fù)鋬?yōu)化。
載荷邊界條件
靜力分析結(jié)果
拓?fù)鋬?yōu)化邊界條件
拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果
基于Ansys Topology Optimization的連桿結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化簡例
基于Ansys Topology Optimization的連桿結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化簡例
本文僅作為Ansys Topology Optimization的一個(gè)簡易案例應(yīng)用，切勿輕易用于工程實(shí)踐與論文撰寫。
歡迎大家轉(zhuǎn)載、點(diǎn)贊、留言，這是我寫文章的動(dòng)力。
本文為作者原創(chuàng)案例，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處和作者技術(shù)鄰筆名：CAE夢(mèng)想很偉大
業(yè)務(wù)咨詢鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/b/280
拓?fù)鋬?yōu)化(topology optimization)，是指一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法。
拓?fù)鋬?yōu)化的研究領(lǐng)域主要分為連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化和離散結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化。不論哪個(gè)領(lǐng)域，都要依賴于有限元方法。連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化是把優(yōu)化空間的材料離散成有限個(gè)單元(殼單元或者體單元)，離散結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化是在設(shè)計(jì)空間內(nèi)建立一個(gè)由有限個(gè)梁單元組成的基結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)算法確定設(shè)計(jì)空間內(nèi)單元的去留，保留下來的單元即構(gòu)成最終的拓?fù)?/em>方案，從而實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化。
目前，連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化的研究已經(jīng)較為成熟，其中變密度法已經(jīng)被應(yīng)用到商用優(yōu)化軟件中，其中最著名的是美國Altair公司Hyperworks系列軟件中的Optistruct和德國Fe-design公司的Tosca等。前者能夠采用Hypermesh作為前處理器，在各大行業(yè)內(nèi)都得到較多的應(yīng)用;后者最開始只集中于優(yōu)化設(shè)計(jì)，支持所有主流求解器，以及前后處理，操作十分簡單可以利用已熟悉的CAE軟件來進(jìn)行前處理加載，而后利用TOSCA進(jìn)行優(yōu)化十分方便。近年來和Ansa聯(lián)盟，開發(fā)了基于Ansa的前處理器，并開發(fā)了TOSCA GUI界面，以及ansys workbench當(dāng)中ACT的插件，可以直接在workbench當(dāng)中進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化仿真。
展開 ANSYS拓?fù)?/em>優(yōu)化
1.優(yōu)化拓?fù)?/em>的數(shù)學(xué)模型
優(yōu)化拓?fù)?/em>的數(shù)學(xué)解釋可以轉(zhuǎn)換為尋求最優(yōu)解的過程，對(duì)于他的描述是：給定系統(tǒng)描述和目標(biāo)函數(shù)，選取一組設(shè)計(jì)變量及其范圍，求設(shè)計(jì)變量的值，使得目標(biāo)函數(shù)最小（或者最大）。一種典型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
優(yōu)化拓?fù)?/em>所要進(jìn)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算目標(biāo)就是，求取合適的設(shè)計(jì)變量v，并使得目標(biāo)函數(shù)值最小。
2基于ANSYS的優(yōu)化拓?fù)?/em>的一般過程
在ANSYS中，進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?/em>，一般分為6個(gè)步驟。具體流程見下圖：
優(yōu)化拓?fù)?/em>操作流程圖
各個(gè)步驟的具體操作解釋如下：
1、定義需要求解的結(jié)構(gòu)問題
對(duì)于結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析，定義結(jié)構(gòu)的物理特性必不可少，例如，需要定義結(jié)構(gòu)的楊氏模量、泊松比（其值在0.1～0.4之間）、密度等相關(guān)的結(jié)構(gòu)特性方面的信息，以供結(jié)構(gòu)計(jì)算能夠正常執(zhí)行下去。
2、選擇合理的優(yōu)化單元類型
在ANSYS中，不是所有的單元類型都可以執(zhí)行優(yōu)化的，必須滿足如下的規(guī)定：
（1）2D平面單元：PLANE82單元和PLANE183單元； （2）3D實(shí)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(xì)的說明，同時(shí)對(duì)于2D單元，應(yīng)使用平面應(yīng)力或者軸對(duì)稱的單元選項(xiàng)。
3、指定優(yōu)化和非優(yōu)化的區(qū)域
在ANSYS中規(guī)定，單元類型編號(hào)為1的單元，才執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算；否則，就不執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算。
展開 如何采用Ansys Workbench對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)?/em>優(yōu)化分析
在ansys workbench中拓?fù)鋬?yōu)化分析流程如下所示。
以下圖所示結(jié)構(gòu)為例，演示拓?fù)鋬?yōu)化分析的過程，優(yōu)化條件如下：
最大應(yīng)力小于1000PSI；質(zhì)量去除50%；結(jié)構(gòu)材料為結(jié)構(gòu)鋼；結(jié)構(gòu)承受750psi的內(nèi)壓，兩端的安裝孔固定約束。
拓?fù)鋬?yōu)化的邊界條件設(shè)置如下，設(shè)置對(duì)應(yīng)的優(yōu)化區(qū)域，載荷約束條件區(qū)域?yàn)榉?em>優(yōu)化區(qū)域，設(shè)置最大應(yīng)力和去除質(zhì)量的約束條件。
優(yōu)化前后的結(jié)果對(duì)比，優(yōu)化后材料質(zhì)量取出來42%
基于SCDM模塊，對(duì)優(yōu)化后的片面模型進(jìn)行幾何處理，并將模型一鍵轉(zhuǎn)為為實(shí)體模型，進(jìn)行優(yōu)化后模型的驗(yàn)證分析。
驗(yàn)證分析的流程如下所示，通過workbench的一鍵傳遞，自動(dòng)生成驗(yàn)證分析的靜力學(xué)模塊，按照上圖所示的幾何模型，完成幾何處理，最后進(jìn)行驗(yàn)證分析。
驗(yàn)證前后的結(jié)果對(duì)比如下所示，初始模型的變形為0.00032in，優(yōu)化后模型的變形為0.00061，初始模型的最大應(yīng)力為8208psi，優(yōu)化后模型的最大應(yīng)力為9636psi，滿足優(yōu)化要求。
文章來源：cae仿真之家
展開 行業(yè)應(yīng)用方案 | 拓?fù)?/em>優(yōu)化與增材制造
格柵和格柵覆蓋優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝仿真
空氣擾流板的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝仿真
支架的拓?fù)鋬?yōu)化再設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和工藝仿真
Ansys Additive Suite涵蓋整個(gè)工作流程的完整解決方案
Ansys Additive Suite涵蓋整個(gè)工作流程——從增材制造設(shè)計(jì) (DfAM) 到驗(yàn)證、打印數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、工藝仿真和材料研發(fā)。
Ansys拓?fù)鋬?yōu)化模塊可根據(jù)結(jié)構(gòu)剛度、承載能力和增材制造工藝限制的條件實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，包括拓?fù)鋬?yōu)化、形狀優(yōu)化和點(diǎn)陣設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證仿真。
Ansys Additive Prep作為增材制造前處理工具可以根據(jù)打印時(shí)間，支撐用量，以及熱變形優(yōu)化零件擺放，并生成適用于打印的支撐。
Ansys Additive Workbench為熟悉Mechanical環(huán)境的用戶提供增材制造的成形過程、自定義后處理的工藝仿真。
Ansys Additive Print提供了易學(xué)易用、快捷、強(qiáng)大的3D打印工藝過程仿真能力，幫助用戶詳細(xì)了解增材制造特有的物理機(jī)理，并獨(dú)家提供了讀入金屬打印機(jī)的打印文件，采用精確的部件打印掃描矢量進(jìn)行全尺度熱分析，并在此基礎(chǔ)上為用戶提供了無與倫比的分析預(yù)測(cè)功能。
Ansys Additive Science幫助金屬增材制造專家、工程分析師、材料科學(xué)家、設(shè)備制造商以及粉末供應(yīng)商，針對(duì)特定的機(jī)器/材料組合調(diào)試最佳工藝參數(shù)，以獲得最高等級(jí)的部件完整性，并在打印之前預(yù)測(cè)微觀結(jié)構(gòu)、屬性和傳感器反饋。
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Ansys Additive Suite為用戶提供可選擇在Mechanical環(huán)境中或易學(xué)易用的print中完成增材工藝仿真流程。用戶可通過內(nèi)置的增材制造約束條件實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化和點(diǎn)陣設(shè)計(jì)，并可采用固有應(yīng)變或熱固耦合方式預(yù)測(cè)零件變形和應(yīng)力的預(yù)測(cè)。支持非線性和依賴溫度的材料屬性，和自定義后處理流程，從而設(shè)計(jì)出可以精確打印的零件、減少試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)并加速制造過程。新增的設(shè)備工作文件的讀取，可以得到基于工作路徑的仿真結(jié)果。
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行業(yè)應(yīng)用方案 | 拓?fù)?/em>優(yōu)化與增材制造
格柵和格柵覆蓋優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝仿真
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Ansys Additive Suite涵蓋整個(gè)工作流程的完整解決方案
Ansys Additive Suite涵蓋整個(gè)工作流程——從增材制造設(shè)計(jì) (DfAM) 到驗(yàn)證、打印數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、工藝仿真和材料研發(fā)。
Ansys拓?fù)鋬?yōu)化模塊可根據(jù)結(jié)構(gòu)剛度、承載能力和增材制造工藝限制的條件實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，包括拓?fù)鋬?yōu)化、形狀優(yōu)化和點(diǎn)陣設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證仿真。
Ansys Additive Prep作為增材制造前處理工具可以根據(jù)打印時(shí)間，支撐用量，以及熱變形優(yōu)化零件擺放，并生成適用于打印的支撐。
Ansys Additive Workbench為熟悉Mechanical環(huán)境的用戶提供增材制造的成形過程、自定義后處理的工藝仿真。
Ansys Additive Print提供了易學(xué)易用、快捷、強(qiáng)大的3D打印工藝過程仿真能力，幫助用戶詳細(xì)了解增材制造特有的物理機(jī)理，并獨(dú)家提供了讀入金屬打印機(jī)的打印文件，采用精確的部件打印掃描矢量進(jìn)行全尺度熱分析，并在此基礎(chǔ)上為用戶提供了無與倫比的分析預(yù)測(cè)功能。
Ansys Additive Science幫助金屬增材制造專家、工程分析師、材料科學(xué)家、設(shè)備制造商以及粉末供應(yīng)商，針對(duì)特定的機(jī)器/材料組合調(diào)試最佳工藝參數(shù)，以獲得最高等級(jí)的部件完整性，并在打印之前預(yù)測(cè)微觀結(jié)構(gòu)、屬性和傳感器反饋。
展開 ANSYS 拓?fù)?/em>優(yōu)化 無法查看優(yōu)化結(jié)果
請(qǐng)大師給看一下：
在workbench平臺(tái)上做拓?fù)鋬?yōu)化，載荷和受力設(shè)置正常，后處理正常，但是無法查看拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)果
Ansys Workbench中拓?fù)?/em>優(yōu)化后結(jié)構(gòu)力學(xué)特性之可視化 | 結(jié)構(gòu)優(yōu)化新功能
產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)初期，單純的憑借經(jīng)驗(yàn)以及想象對(duì)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)往往是不夠的，在適當(dāng)約束條件下，如果能充分利用“拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)”進(jìn)行分析，并結(jié)合豐富的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)出更能滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)方案、工藝要求以及更質(zhì)輕質(zhì)優(yōu)的產(chǎn)品。
拓?fù)鋬?yōu)化（topology optimization）是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，將區(qū)域離散成足夠多的子區(qū)域，借助FEM分析技術(shù)按照指定的優(yōu)化策略、約束準(zhǔn)則、目標(biāo)等從這些區(qū)域中刪除一定數(shù)量單元，用保留下來的單元描述結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)?/em>，發(fā)揮系統(tǒng)材料最大利用率。拓?fù)鋬?yōu)化后，通常需要對(duì)其產(chǎn)生的結(jié)果模型進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，完全復(fù)制拓?fù)鋬?yōu)化前的邊界條件進(jìn)行仿真計(jì)算。
以往版本需要在WorkBench中添加后續(xù)分析模塊去驗(yàn)證優(yōu)化后的模型。拓?fù)鋬?yōu)化后的仿真計(jì)算設(shè)計(jì)驗(yàn)證過程如下圖所示。先在拓?fù)?/em>結(jié)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(yōu)化結(jié)果傳遞至驗(yàn)證系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)生成位于拓?fù)鋬?yōu)化系統(tǒng)上游的相同類型的Mechanical系統(tǒng)，并繼承之前的全部計(jì)算載荷和約束。創(chuàng)建該驗(yàn)證工作流程，分為四步，在創(chuàng)建的驗(yàn)證系統(tǒng)中去劃分網(wǎng)格運(yùn)行計(jì)算及查看設(shè)計(jì)結(jié)果。
前面版本雖然可以比較方便地把優(yōu)化后的模型導(dǎo)入到新的靜力學(xué)結(jié)構(gòu)仿真中，進(jìn)行優(yōu)化模型的驗(yàn)證，但2022R1版本新增擁有了更便捷的功能，可以直接在結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)中查看優(yōu)化后的力學(xué)特性，即允許用戶直觀可視化最終設(shè)計(jì)的結(jié)果（變形、應(yīng)力、特征值模態(tài)等），更方便快速檢查和驗(yàn)證力學(xué)行為。
展開 三角支架的拓?fù)?/em>優(yōu)化 - ANSYS Workbench ￥3
拓?fù)鋬?yōu)化是一種數(shù)學(xué)方法，它通過滿足先前建立的給定約束并最小化預(yù)定義的成本函數(shù)，在空間上優(yōu)化定義域內(nèi)材料的分布。本教程的主要目的是通過拓?fù)鋬?yōu)化優(yōu)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(duì)三角支架進(jìn)行了分析，以獲得最大變形、最大應(yīng)力（關(guān)注點(diǎn)）和最小安全系數(shù)。
作為第 2 步，實(shí)施了結(jié)構(gòu)（拓?fù)?/em>）優(yōu)化分析以降低材料密度。
最后一步，在 SpaceClaim 上對(duì)優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)并再次進(jìn)行了分析。
第 3 步：工程數(shù)據(jù)（材料模型）
本教程中使用了默認(rèn)材質(zhì) Structural Steel：
第 4 步：幾何圖形（SpaceClaim 模型）
SpaceClaim 上設(shè)計(jì)的三角形支架如下所示：
步驟 5：網(wǎng)格劃分操作（默認(rèn)幾何）
已創(chuàng)建單元尺寸為 0.6mm 的默認(rèn)網(wǎng)格：
對(duì)關(guān)注點(diǎn)（具有最大應(yīng)力的區(qū)域）的網(wǎng)格細(xì)化進(jìn)行了細(xì)化，直到兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的應(yīng)力值差小于 10%。
對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的第一次優(yōu)化已實(shí)現(xiàn)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：
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