多工況優化的案例
上海交通大學——復合材料蜂窩夾層板結構的多工況優化設計研究
復合材料蜂窩夾層板結構的多工況優化設計研究
夏利娟 余音 金咸定 上海交通大學 船舶與海洋工程學院結構力學研究所
摘要：以復合材料蜂窩夾層板結構作為研究對象，建立了多工況優化模型，對眾多的材料設計變量進行必要的取舍，通過優化分析確定復合材料蜂窩夾層板面板個分層的厚度以及蜂窩芯層的厚度等，使結構滿足相應的頻率約束、屈曲約束，以及強度約束、位移約束和尺寸限制等，同時達到結構得重量最輕。采用序列二次規劃法對某衛星的承力筒結構進行了優化設計，優化結果表明：在滿足其振動特性以及靜力學特性的條件下，復合材料蜂窩承力筒的各面板層厚度以及蜂窩芯層的厚度均有所減小，減重效果顯著，較好地實現了復合材料蜂窩夾層板結構的多工況優化設計。
關鍵詞：蜂窩夾層板，振動，優化設計，復合材料
內容提示：
0 引言
1 優化模型的建立
2 復合材料蜂窩夾層承力筒結構的多工況優化設計
復合材料蜂窩夾層板結構的多工況優化設計研究.pdf
展開 多工況的拓撲優化_APDL&WB ￥2
拓撲優化是形狀優化的一種特殊形式。網上資料和ansys help文件都有詳細說明。多工況下的拓撲優化。需要APDL用到lswrite 命令，通過APDL可以更清楚地了解分析的流程。Workbench也可以完成多工況的拓撲優化。結果類似，操作更為簡便。
!案例如下：
! 平面應力問題。一個100*100的平面。左邊固定，分別承受兩種工況載荷情況。兩種載荷并不是同時作用，所以要進行多工況下的拓撲優化分析。
首先，對只有向上作用力fy=100時，或者只有向下作用力fy = -100時進行topo分析，結果如下圖
然后，對fy=100和fy=-100作為同一工況下加載，進行topo分析，結果如下圖
然后，對多工況進行topo分析，結果如下圖
上述結果可以證明，下列程序確實可以滿足多工況的拓撲優化。
Workbench 流程及結果
展開 ABAQUS多工況拓撲優化
有沒有人使用ABAQUS進行多工況多工況拓撲優化，使用折中規劃法公式如圖所示：
6_APDL基礎及仿真理論-多工況下的拓撲優化
多工況下的拓撲優化
!學習重點：
!1、 何為拓撲優化
!區分尺寸優化、形狀優化、拓撲優化。拓撲優化是形狀優化的一種特殊形式。網上資料和ansys help文件都有詳細說明。
!2、單一工況載荷下的拓撲優化。單一工況拓撲操作流程很簡單，APDL命令也很簡單。Workbench也可以輕松實現。
!3、多工況下的拓撲優化。需要apdl用到lswrite 命令。目前不清楚如何完全由workbench完成多工況的拓撲優化。有可能在workbench中借助APDL命令來實現，按下不表，后期再做學習。(更新，這是以前寫的了。貌似workbench做多工況也毫無鴨梨了，感興趣的可以試試)
!案例如下：
! 平面應力問題。一個100*100的平面。左邊固定，分別承受兩種工況載荷情況。兩種載荷并不是同時作用，所以要進行多工況下的拓撲優化分析。
首先，對只有向上作用力fy=100時，或者只有向下作用力fy = -100時進行topo分析，結果如下圖
然后，對fy=100和fy=-100作為同一工況下加載，進行topo分析，結果如下圖
然后，對多工況進行topo分析，結果如下圖
上述結果可以證明，下列程序確實可以滿足多工況的拓撲優化。但是處理起來復雜模型，還是多有不便，所以如何將其應用到workbench，是下一次考慮的重點。
!APDL命令：
finish
/clear
/prep7 !進入前處理
et,1,plane82 !定義能進行topo分析的單元，將其編號為1，其他編號則不參與優化。
展開 
基于多工況加權柔度響應的汽車控制臂拓撲優化
概述
汽車控制臂（Control Arm）是懸架系統的關鍵部件，其核心作用是將車輪與車架連接，并在車輛行駛過程中承受并傳遞來自車輪的多方向力和力矩。拓撲優化的目標是在給定的設計空間、材料和工況下，找到材料的最優分布，使結構在滿足多種性能要求（如剛度、強度、頻率）的同時，實現輕量化。
“多工況加權柔度響應”指的是將結構在多種不同載荷工況下的柔度（Compliance） 進行加權求和，作為拓撲優化的目標函數或約束條件。柔度是剛度的倒數，柔度越小，意味著剛度越大。
一、核心概念解析
1. 拓撲優化（Topology Optimization）:
· 一種結構優化方法，用于確定結構內部孔洞的數量、位置和形狀以及連接方式，從而得到最優的材料布局。
· 常用方法：變密度法（SIMP - Solid Isotropic Material with Penalization），該方法將每個單元的密度作為設計變量，通過插值模型將其與材料彈性模量關聯，并通過懲罰因子迫使中間密度向0-1（孔洞-實體）兩極分化。
2. 柔度（Compliance）:
· 外力所做的功。柔度越小，結構在該載荷下的剛度越大，抵抗變形的能力越強。
3. 多工況（Multi-Load Case）:
· 控制臂在實際工作中會同時承受多種載荷，例如：
· 垂直工況：來自地面的垂向沖擊力。（影響平順性）
· 制動工況：車輛制動時產生的縱向力。（影響制動穩定性）
· 轉彎工況：車輛過彎時產生的側向力。（影響操縱穩定性）
· 單一工況優化結果往往只對該工況有利，而無法在其他工況下表現良好。多工況優化旨在找到一個“折衷”的、全局性能最優的設計。
4.
展開 基于CAESES和TCFD的離心泵多工況性能優化
該設置包含基于CAESES導出的多個STL（volute.stl，rotor.stl）模型創建計算網格的設置，以及CFD參數和結果的自定義：
?處理器設置：
穩態過程
不可壓流質
湍流模型（kOmegaSST）
包含旋轉件的旋轉域
每個工況點迭代4000步
?模擬設置：
980轉每分鐘
五個工況點（TCFD中可以直接設定多個工況并依次計算）
進口體積流量：65.65L-83.265L/s
出口靜壓：0Pa
?計算網格：
進口域：約250000
轉子域：約1700000
蝸殼域：約220000
出口域：約250000
背景網格尺寸：2mm
?后處理：
效率
揚程
優化——CAESES
CAESES包含最先進的優化算法，包括用于快速研究的單目標策略及更復雜的多目標算法，通過算法可以控制參數化離心泵模型進行變化。
將TCFD軟件的配置模板（*.tcfd）文件導入到CAESES中，并設置TCFD軟件計算程序啟動路徑，CAESES即可調用TCFD對每一次變化后的模型進行仿真分析。
目標參數的選擇：選擇五個工況點的的效率作為優化目標，對離心泵的整體性能進行優化。
展開 基于optistruct靜態多工況下汽車控制臂多目標拓撲優化 ￥80
本例以汽車控制臂三種工況下的多目標拓撲優化為例，講述在optistruct中是如何進行多目標拓撲優化，從而滿足特定要求下汽車控制臂的概念設計，先通過單目標拓撲優化得到每個工況的最大與最小柔度值，然后通過基于SIMP的多工況靜態剛度拓撲優化數學模型得到三各工況綜合柔度的優化方程
，
動力總成懸置支架多工況拓撲優化設計研究
可見拓撲優化設計對結構輕量化的效果是很明顯的。
6.結論
在懸置系統動力學仿真分析的基礎上，進行了某車型車身側右懸置鈑金支架所受應力和模態頻率的預分析。結合預分析的實際情況，采用變密度法對零件進行了結構拓撲優化，通過拓撲優化前后的應力分布及模態頻率情況的對比。說明了拓撲優化對于懸置支架的輕量化和力學性能的改善有著顯著的效果。本文建立的優化設計方法和設計思路也可用于汽車上其他零部件的設計。
拓撲優化技術這一新興優化設計方法非常適合于汽車工業中車身整體和單個零件的設計. 盡管有一些困難,但世界范圍內的汽車業已有大量成功應用的案例,專門的拓撲優化軟件現也已相對成熟. 目前國內汽車工業的相關研究和應用還不多,因此需要加強這一方面的研究工作,推廣拓撲優化技術的使用,從而促進汽車設計水平與國際接軌。
參考文獻
1黃慶，杜登惠，黃小飛動力總成懸置支架的多工況拓撲優化 汽車技術，2008（10）
2 楊樹凱，朱啟昕，吳仕賦.基于有限元技術的汽車支架拓撲優化設計研究.汽車技術，2006（3）
3顧春祺.拓撲優化在汽車控制臂輕量化設計中的應用.2007中國汽車工程學會論文集,568-571
4潘孝勇，柴國鐘，劉飛，徐馳.懸置支架的優化設計與疲勞壽命分析.汽車工程，2007（4）
5呂兆平能量法解耦在動力總成懸置系統優化設計中的運用。汽車工程，2008（6）
展開 多工況彎曲板加筋優化
當優化結構的有限元分析模型中存在多個工況時，TOSCA bead優化可以組合這些工況。當然，最好的辦法是對這些工況獨立的定義其設計響應，然后在目標函數的定義中為這些工況設定合適的權重系數。本文基于后者的思路，以一個薄板受彎的樣條優化為例，展示tosca對多工況的處理方法。
模型信息：
薄板承受兩個方向的荷載，如圖1所示，一個豎直方向，一個水平方向。
優化問題：
設計區域：所有節點
優化約束：節點邊界條件
優化目標：最大化剛度
最大加筋高度：5
為了考慮兩個工況，分別為這兩個工況定義其設計響應，如圖2所示。
本例中需要限制加筋的高度，因此需要把加筋高度定義為設計響應，如圖3所示。
由于考慮了兩個荷載工況，需要在目標函數中定義荷載工況對設計響應的權重系數，如圖4中所示。
最后的加強筋優化結果，如圖5所示。
多工況彎曲板加筋優化.pdf
展開 Isight集成ADAMS/CAR進行多工況聯合參數優化實例 ￥50
額外，轉向特性特性一般耦合前束角變化特性，因此需要多工況耦合尋解。借此幾乎，將“Isight集成ADAMS/CAR進行多工況聯合參數DOE或opti”以實例的形式呈現。希望對有需要的朋友，有所幫助。
1、 選取DOE參數試驗的Objective
選取參數過程，需要跟工程實際結合。這里僅以最大轉向角、最大前束角作為Objective。
2、 選取DOE參數試驗的factor
以懸架系統模型中tieord outer硬點X、Y、Z坐標為例進行說明。
3、 模型準備
這里使用工具自帶的“mdi_front_vehicle.asy”模型。
以此將mdi-fornt-suspension，mdi-front-steering、mdi_front_vehicle.asy保存至adams的工作目錄（這里需要設置英文目錄），保存后檢查mdi_front_vehicle.asy所引用的模型路徑正確，如下圖所示。
展開 基于optistruct考慮靜態多工況剛度下汽車控制臂拓撲優化 ￥60
結構剛度最大化拓撲優化是研究在設計域內得到使結構剛度最大的材料分布形式的問題。多個工況下的剛度拓撲優化問題通常稱作多剛度拓撲優化問題。每一個工況對應一個剛度的最優拓撲結構，因此多剛度拓撲優化問題也就屬于多目標拓撲優化問題。傳統的多目標優化問題是將多個目標通過線性疊加轉化成單目標。本案例采用折衷規劃法來實現多目標拓撲優化問題。
有限元模型
拓撲優化結果
多工況折衷柔度迭代曲線
本案例僅提供模型文件結果文件及相關指導，凡購買的朋友針對本案例仿真實現上有什么疑問可以私信。
請尊重原創，版權所有，翻版必究！
展開 
基于optistruct汽車控制臂三種工況、加上1階模態下的多目標拓撲優化案例 ￥80
本例以汽車控制臂三種工況、加上1階模態下的多目標拓撲優化為例，講述在optistruct中是如何進行多目標拓撲優化，非公式，目的就是快速得到傳遞路徑，與傳統輸入公式傳遞路徑基本上百分九十以上的相似度，如果有需要公式方面的同學也可以聯系我，有相關的資料
購買后對于模型中不懂的地方都可以問
ANSYS Mechanical多工況計算結果組合 附Ansys多工況組合的方法下載
ANSYS Mechanical可以非常方便的對不同工況計算結果進行組合（如比例放縮、加減等），用到的工具為Solution Combination，具體方法如下。
若同一個分析模塊中，將不同工況設置為不同載荷步進行計算，則可通過以下完成：
1，在分析設置analysis setting中設置載荷步；
2，選擇model，菜單欄會出現solution combination選項，點擊該選項；
3，選中樹形欄中的solution combination，在右側表中選擇相應載荷步進行組合，即可完成結果疊加。
若分析的模型在不同的分析模塊中，如下所示，方法與在一個模塊中類似；
選擇solution combination后，在右側表分析模塊選擇相應的模塊以及該模塊對應的載荷步，完成不同模塊計算結果的疊加。
下載地址：Ansys多工況組合的方法
展開 基于optistruct汽車控制臂多模型優化（MMO） ￥150
在汽車設計過程中，經常會遇到同一個零部件適用不同車型，如何滿足不同車型下的結構設計，可以采用多模型優化的思想。當然，多模型優化還可以用于多學科、多工況的優化。本節案例僅僅以汽車控制的結構優化為例，闡述如何在optistruct中進行多模型（MMO）優化。
左圖為單個模型下的優化結果，右圖為多模型下的優化結果。
具體操作部分見收費內容部分，相關模型及腳本文件見附件。凡購買本案例的朋友針對收費內容部分有疑問，可以一起交流。
展開 基于LS-OPT的整車多學科優化及輕量化優化分析
背景：整車多學科優化是整車性能、整車重量的一種協同優化的手段。整車的結構性能包括NVH、碰撞安全、剛強度等。通常的分析優化過程都是按不同學科單獨進行的，然后在驗證優化方案對其他性能的影響。多學科優化可以同時考察各項性能，并可以將整車質量作為設計目標，在滿足各項性能的基礎上進行最優化輕量化設計。
第一章 多學科優化分析工況
分析工況：多學科優化考察的工況需要根據不同的策略進行篩選，本案例選擇的非線性工況為正碰和側柱碰，線性工況為彎曲剛度、扭轉模態工況。案例模型為一個小的計算模型，和實際整車模型有些差別。
分析模型：
設計變量：
設計響應：
正碰防火墻侵入量
正碰B柱加速度
側柱碰B柱侵入量
彎曲剛度
扭轉模態
第二章 多學科優化設置
本案例優化方法使用元模型基優化方法，采用具有域縮減的順序優化策略，響應面采用徑向基函數法，樣本采用使用LSOPT自帶的空間填充方法，優化方法采用自適應模擬退火優化算法。
約束整車彎曲剛度、扭轉模態、正碰防火墻侵入量、正碰B柱加速度、側碰B柱侵入量等性能，并以整車質量為設計目標。設置最大優化迭代次數為10次。
第三章 分析優化結果
彎曲剛度靈敏度結果
扭轉模態靈敏度結果
正碰防火墻侵入量靈敏度結果
正碰B柱加速度靈敏度結果
側柱碰B柱侵入量靈敏度結果
從靈敏度結果來看，RockerT變量對于彎曲剛度和質量等影響是最大的。
對于其他性能，可以從靈敏度結果中查看到影響最大的設計變量，從而幫助分析設計變量的選擇。
展開 