結構優化分析的案例
客車車身結構優化及車內噪聲分析
一方面運用有限元、人工神經網絡及遺傳算法的有效結合對客車車身的結構優化分析進行了有益的嘗試，對汽車的優化技術有較強的理論與實踐意義。另一方面，為客車車內噪聲尤其是低頻噪聲控制尋求新韻途徑，有較強的工｛曼實用意義。對ＣＡＥ技術在汽車領域的運用有一定的參考價值。
客車車身結構優化及車內噪聲分析.pdf
結構優化設計分析系列（四）：模態分析優化設計 ￥9
1.1 優化設計概述
所謂優化，是指最大化或最小化，而優化設計是指尋找一種方案以滿足所有的設計要求，并且需要的支出最少。
優化設計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數值法--借助計算機和有限元，通過反復迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應用于工程中。
隨著計算機的發展，結構優化算法取得了較大的發展。根據設計變量的類型不同，結構優化已由較低層次的尺寸優化發展到較高層次的結構形狀優化，進而發展到更高層次的拓撲優化。優化算法也由簡單的準則法發展到數學規劃法，進而發展到遺傳算法等。
在保證產品達到某些性能目標并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設計變量，使產品的指標或性能達到最期望的目標，就是優化方法。
1.2 優化分析工具
ANSYS Workbench 結構優化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優化工具)、Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具)、Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具)、Response Surface(響應曲面優化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優化工具):設置優化目標，利用默認參數進行優化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設計點。
(3)Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具):可以得出某一輸入參數對響應曲面的影響的大小。
展開 結構優化新功能 | 拓撲優化后結構力學特性之可視化
圖一 邊界與載荷/圖二 網格劃分/圖三 等效應力云圖
拓撲優化以柔度最小化為目標，保留25%的質量，四個沉孔處圓柱體及兩耳板不做拓撲優化，如圖四所示。
圖四 拓撲條件
為了可視化拓撲優化后結構力學特性，我們需要設置Analysis Settings里的Output Controls的屬性：
? Export Design Properties:當上游靜態結構或模態分析系統時，此屬性可用于結構優化分析，可以在與上游分析相對應的結構優化分析中創建變形、應力、應變等結果，能夠檢查優化設計的機械行為，在這里我們選用All Accepted Iterations。
? Export Design Properties File Format:當指定導出Export Design Properties時顯示此屬性。選項包括 HDF5 文件（默認）和 VTK 文件（需要外部Reader），在這里我們選用推薦的HDF5 File，如圖五所示。
圖五 輸出控制
運行求解結構優化模型，完成后，可在Topology Density中查看優化后密度分布模型，如圖六所示。
圖六 拓撲密度
右擊Solution > Insert > Stress > Equivalent (Von-Mises)，快速輸出設計驗證值，查看拓撲優化后結構力學特征。
圖七 提取結果
圖八 輸出設計驗證值
通過以上同一模型在新舊版本中的操作對比，新版本在操作步驟上更簡潔，在計算時間上更經濟，在結果查看上更直觀，小伙伴們不妨一試。
文章來源于上海安世亞太 ，作者陳志梅
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
圖一 邊界與載荷/圖二 網格劃分/圖三 等效應力云
拓撲優化以柔度最小化為目標，保留25%的質量，四個沉孔處圓柱體及兩耳板不做拓撲優化，如圖四所示。
圖四 拓撲條件
為了可視化拓撲優化后結構力學特性，我們需要設置Analysis Settings里的Output Controls的屬性：
Export Design Properties:當上游靜態結構或模態分析系統時，此屬性可用于結構優化分析，可以在與上游分析相對應的結構優化分析中創建變形、應力、應變等結果，能夠檢查優化設計的機械行為，在這里我們選用All Accepted Iterations。
Export Design Properties File Format:當指定導出Export Design Properties時顯示此屬性。選項包括 HDF5 文件（默認）和 VTK 文件（需要外部Reader），在這里我們選用推薦的HDF5 File，如圖五所示。
圖五 輸出控制
運行求解結構優化模型，完成后，可在Topology Density中查看優化后密度分布模型，如圖六所示。
圖六 拓撲密度
右擊Solution > Insert > Stress > Equivalent (Von-Mises)，快速輸出設計驗證值，查看拓撲優化后結構力學特征。
圖七 提取結果
圖八 輸出設計驗證值
通過以上同一模型在新舊版本中的操作對比，2022R1版本在操作步驟上更簡潔，在計算時間上更經濟，在結果查看上更直觀，小伙伴們不妨一試。
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結構優化設計分析系列（三）：APDL在Workbench中的優化設計 ￥9
1.1 優化設計概述
所謂優化，是指最大化或最小化，而優化設計是指尋找一種方案以滿足所有的設計要求，并且需要的支出最少。
優化設計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數值法--借助計算機和有限元，通過反復迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應用于工程中。
隨著計算機的發展，結構優化算法取得了較大的發展。根據設計變量的類型不同，結構優化已由較低層次的尺寸優化發展到較高層次的結構形狀優化，進而發展到更高層次的拓撲優化。優化算法也由簡單的準則法發展到數學規劃法，進而發展到遺傳算法等。
在保證產品達到某些性能目標并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設計變量，使產品的指標或性能達到最期望的目標，就是優化方法。
1.2 優化分析工具
ANSYS Workbench 結構優化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優化工具)、Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具)、Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具)、Response Surface(響應曲面優化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優化工具):設置優化目標，利用默認參數進行優化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設計點。
(3)Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具):可以得出某一輸入參數對響應曲面的影響的大小。
展開 基于CAE技術的現代工程結構優化設計專題
基于CAE技術的現代工程結構優化設計專題
一、前言
隨著科學的發展，利用計算機輔助工程技術來幫助企業實現產品的創新設計和數字化制造，對結構設計方案進行性能分析與優化，對產品物理試驗與現場使用進行數字化模擬與仿真，從而達到減少實際試驗次數和試制費用，提高產品設計的工程可靠性的目的。
為了滿足現代企業產品開發、設計和制造的技術需求，培養企業高級專業技術人員的設計與分析、實踐與創新能力，北京中際賽威文化發展有限公司、北京中際孚歌科技有限公司特邀國內車輛輕量化設計領域專家及ANSYS資深技術專家，在北京舉辦“基于CAE技術的現代工程結構優化設計專題研修班”，具體事宜如下：
二、主辦單位：北京中際賽威文化發展有限公司
北京中際孚歌科技有限公司
中國高科技產業化研究會信號處理專家委員會
三、時 間：2011年12月22日--24日（21日報到）
四、地 點：北 京（具體路線請見報到通知）
五、學習目標：
包括系統優化的設計思想闡述、與優化相關的高級CAE技術、結構優化設計方法及軟件具體實現、其他相關專題及工程實例實踐操作。
六、授課內容安排
（一）、系統化的優化設計思想簡介?
1、優化設計是一個系統工程的基本思想；
2、先進分析設計理念和方法是基礎；
3、先進的工程材料及加工成形技術是實現優化的重要方面。
（二）、結構優化分析建模實務
1、參數驅動的建模思想；
2、常用CAE程序建模能力概述；?
3、幾何簡化、修補及編輯應遵循的基本原則及實現方法；?
4、結構類型：SOLID、SHELL、SOLID-SHELL、BEAM、LINK、Spring、Damper
5、建立優化材料庫；
6、邊界條件及載荷工況；?
7、常用結構分析方法及軟件實現（Strength、Fatigue、Vibration…）。
展開 向大家推薦一個CAE的工程結構優化設計培訓
（二）、結構優化分析建模實務
?
1、參數驅動的建模思想；
?
2、常用CAE程序建模能力概述；
?
3、幾何簡化、修補及編輯應遵循的基本原則及實現方法；
?
4、結構類型：SOLID、SHELL、SOLID-SHELL、BEAM、LINK、Spring、Damper
? 5、建立優化材料庫；
?
6、邊界條件及載荷工況；
?
7、常用結構分析方法及軟件實現（Strength、Fatigue、Vibration…）。
（三）、結構設計領域的若干基本概念和常用優化方法
?
1、優化問題的提出：優化目標的選擇、設計變量的選擇、各類約束條件
?
2、設計搜索、可行域
?
3、全局優化與局部優化
?
4、不同層面的優化：截面優化、幾何優化、拓撲優化、類型優化
?
5、常用優化方法及計算機實現：等強度設計、等壽命設計、多目標優化設計、混合變
量優化設計、多學科/多物理場優化、實用遺傳算法、響應面技術、Mesh Morph技術、魯棒性設計
（四）、優化設計的流程搭建與實施過程
?
1、從實際工程中提煉優化課題
?
2、制定結構優化分析方案（編制優化算法流程框圖）
?
3、優化迭代、方案比選、設計定型
（五）、其他專題雜項
?
1、與設計規范結合的考慮
2、與工藝及制造相結合的考慮
?
3、優化設計思想的其他應用場合
（六）、實踐案例教學
?
工程結構優化分析及設計案例
E_mail:zhongji606@zhongjisaiwei.com
張琳 1368-367-2191
展開 結構優化設計分析系列（二）：熱固耦合優化設計 ￥9
1.1 優化設計概述
所謂優化，是指最大化或最小化，而優化設計是指尋找一種方案以滿足所有的設計要求，并且需要的支出最少。
優化設計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數值法--借助計算機和有限元，通過反復迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應用于工程中。
隨著計算機的發展，結構優化算法取得了較大的發展。根據設計變量的類型不同，結構優化已由較低層次的尺寸優化發展到較高層次的結構形狀優化，進而發展到更高層次的拓撲優化。優化算法也由簡單的準則法發展到數學規劃法，進而發展到遺傳算法等。
在保證產品達到某些性能目標并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設計變量，使產品的指標或性能達到最期望的目標，就是優化方法。
1.2 優化分析工具
ANSYS Workbench 結構優化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優化工具)、Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具)、Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具)、Response Surface(響應曲面優化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優化工具):設置優化目標，利用默認參數進行優化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設計點。
(3)Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具):可以得出某一輸入參數對響應曲面的影響的大小。
展開 申請兌換《工程有限元與優化分析應用實例教程》
開本：16開 字數：400千字 頁數：267頁 裝幀：平裝
本書主要介紹有限元分析和結構優化分析的基本概念、分析方法和分析過程，以及有限元與結構優化分析軟件optiStruct。本書共12章，通過大量的分析實例展示了OptiStruct進行有限元分析和結構優化分析的能力。
本書中的實例操作過程詳細明了，適合初學有限元分析和優化分析的讀者作為入門學習的教材，對有一定基礎的讀者又可作為深入學習的參考書。本書也可作為汽車、航空航天、核工業、鐵路、石油化工、機械制造、能源、電子、造船等領域的廣大工程技術人員了解和學習 OptiStruct軟件的參考書。
第一章 有限元分析和有限元軟件
第二章 OptiStruct介紹
第三章 有限元分析
第四章 優化分析
第五章 使用OptiStruct
第六章 優化應用算例
第七章 有限元分析應用實例
第八章 拓撲優化應用實例
第九章 形貌優化應用實例
第十章 尺寸優化應用實例
第十一章 形減方優化應用實例
主要參考文獻
展開 《工程有限元與優化分析應用實例教程》
開本：16開 字數：400千字 頁數：267頁 裝幀：平裝
本書主要介紹有限元分析和結構優化分析的基本概念、分析方法和分析過程，以及有限元與結構優化分析軟件optiStruct。本書共12章，通過大量的分析實例展示了OptiStruct進行有限元分析和結構優化分析的能力。
本書中的實例操作過程詳細明了，適合初學有限元分析和優化分析的讀者作為入門學習的教材，對有一定基礎的讀者又可作為深入學習的參考書。本書也可作為汽車、航空航天、核工業、鐵路、石油化工、機械制造、能源、電子、造船等領域的廣大工程技術人員了解和學習 OptiStruct軟件的參考書。
第一章 有限元分析和有限元軟件
第二章 OptiStruct介紹
第三章 有限元分析
第四章 優化分析
第五章 使用OptiStruct
第六章 優化應用算例
第七章 有限元分析應用實例
第八章 拓撲優化應用實例
第九章 形貌優化應用實例
第十章 尺寸優化應用實例
第十一章 形減方優化應用實例
主要參考文獻
展開 2018年不確定性結構分析與優化設計專題學術研討會在哈爾濱召開
“2018年不確定性結構分析與優化設計專題學術研討會”于2018年9月15-16日在哈爾濱召開。本次會議由哈爾濱工業大學呂大剛研究團隊承辦。來自北京航空航天大學、電子科技大學、同濟大學、大連理工大學、南京航空航天大學、哈爾濱工業大學、華中科技大學等多個院校30余人參會。會議共邀請12位專家分別針對各自研究領域，圍繞“不確定性結構分析與優化設計”這一會議主題，對各自的研究成果進行了較為全面的匯報和討論，內容涵蓋了土木工程、機械工程、海洋工程和航空航天工程等多個研究領域。本次會議地特邀報告內容比較深入全面，報告后的學術討論較為充分，參會人員都從中獲得了較好的學術體驗。本次會議的成功召開，將很好地激發我國在不確定性結構分析與優化設計相關領域研究人員地科研熱情，推動我國在“不確定性結構分析與優化設計”相關領域的研究發展。
來源：中國力學學會
展開 
一種新型轎車前艙蓋結構優化分析
2 模型分析
2.1前艙蓋的約束模態分析
主要通過約束前艙蓋鎖以及鉸鏈安裝點處的自由度，模擬前艙蓋固定在車身上的鎖止狀態從而計算其約束模態，計算結果見表2-1所示，其位移云圖與應變能云圖見圖2-1、2-2所示。從分析可知第一階約束模態較低不滿足設計要求。
2.2前艙蓋剛度分析
剛度分析主要考察六種工況：（1）扭轉剛度1（約束前艙蓋鎖）；（2）扭轉剛度2（約束緩沖塊）；（3）橫向剛度；（4）內板側梁中點處側梁剛度；（5）前梁剛度；（6）后梁剛度。剛度分析考察點位置如圖2-3所示，考察不同位置點處在不同工況與不同載荷下的抵抗變形能力。由計算結果表2-2可知六種剛度分析中前艙蓋總成橫向剛度不滿足要求。
3 前艙蓋內板結構優化分析
由上面分析可知本前艙蓋總成約束模態與橫向剛度均不滿足設計要求，且前艙蓋總成質量較重，需要對前艙蓋總成進行優化改進。對于前艙蓋總成來說，外板及鉸鏈的形狀一般不可以改變，可以對其他組成件優化，包括其形狀和材料厚度。本文在保證前艙蓋總成外板形狀不變的情況下，對前艙蓋內板及加強件結構進行優化和減重設計。現實中，前艙蓋內板結構多種多樣，這里僅考察內板結構優化設計對前艙蓋總成模態與剛度的提升影響，具體方法如下：
方案一：根據上面分析中的應變能分布以及實際情況，對內板加強筋進行部分修改，如圖3-1所示，模型質量為16.9kg計算結果如表3-1所示，其模態分析應變能云圖見圖3-2所示。由計算可知其一階模態與橫向剛度依舊不滿足設計要求，需要進一步進行優化改進。
從表3-2計算結果可知，加強筋寬度以及內板側邊梁寬度對前艙蓋的模態及橫向剛度影響較大，且影響趨勢在設定的參數化范圍內并不是線性變化的。
展開 ABAQUS超單元法（子結構法）在多學科優化中的應用
在剛強度CAE分析中，ABAQUS主要用于進行非線性的分析計算，包括抗凹、車門下掉、Slam、拖鉤、千斤頂（抱具）等分析。當然還有的用于整車強度分析，整車碰撞分析的。本文以一個千斤頂分析為例介紹ABAQUS超單元法在結構優化分析中的應用。
一.分析計算
邊界條件：在前后減震器座4個位置約束1-6自由度
載荷：在千斤頂位置施加集中力
本例中，集中力施加在門檻梁前段下部，在應力衰減范圍之外的結構對這個局部位置的應力分布幾乎沒有影響。因此我們可以將局部位置做為殘余結構，即我們用于做優化分析的模型。而把其他位置的結構做為子結構進行縮聚。
用于生成子結構的部分模型。
殘余結構，用于我們做優化分析的模型。
二.基礎模型和子結構模型結果對比：
可以看到，子結構分析模型的結果精度非常高，誤差僅為萬分之0.2，且計算時間大大縮短，效率提升了百分之6百。這在大模型優化時是非常可觀的。
三.基于子結構模型的優化：
前面提到的子結構結果精度和計算效率的優勢不是體現在單次計算分析中，而是體現在優化分析中。
這里只是簡單的舉個例子，實際項目中會稍復雜一些。這里我們通過優化這個加強筋的位置（局部坐標系下x、y的位置）來讓結構的最大應力最小。
這個筋需要找到他自己的位置，才能夠發揮最大的作用，而不是認不清自己，擺不正位置。
四.優化流程
本例基于Isight進行優化分析，當然可以直接進行優化分析，DOE分析等等。
分析結果：
從優化結果來看，最大應力降低了24.55%。
展開 MeshFree桁架梁結構的拓撲優化分析
背景介紹
近年來，拓撲優化發展迅速，求解技術不斷發展并趨于成熟。拓撲分析可以大大提高結構設計師的方案構思效率，在很多行業和領域的應用越來越多。
本文利用MeshFree對經典桁架梁結構進行拓撲優化分析，并與行業內著名的optistruct軟件結果進行對比，兩者結果幾乎相同。
模型分析
桁架設計空間及工況加載如下圖所示：
模型材質：鋼材，彈性模量=210000，泊松比=0.3，密度=7.8e-9。
邊界條件：左側半圓區域約束自由度，右端收到垂向載荷。
設計區域：整個平板；
約束條件：最少質量降低70%；
優化目標：結構剛度最大。
結果對比
結果討論
1、通過上述對比可知，兩者的材料分布方案幾乎一樣；
2、優化細節設置及后處理不能完全一致，所以導致細節存在差異，但是不影響結構方案設計。
3、MeshFree不僅在性能分析方面快速高效，其結構優化技術值得推廣應用。
展開 某SUV車型工裝樣車擺臂結構開裂問題優化分析
針對某款SUV車型工裝樣車襄陽試驗場可靠性道路試驗擺臂結構開裂問題，首先根據多體動力學模型輸出的擺臂在各個極限工況下的受力情況對開裂擺臂進行強度和疲勞分析，使問題再現；在此基礎上應用HyperMorph和HyperStudy優化模塊對需要優化的幾何結構進行優化，找到最佳的基于強度的優化幾何尺寸，快速有效的解決工程驗證中出現的實際問題。
李芹英_某SUV車型工裝樣車擺臂結構開裂問題優化分析.pdf
