尺寸優(yōu)化
關注創(chuàng)建者：智創(chuàng)仿真 創(chuàng)建時間：2016-03-16
尺寸優(yōu)化的視頻教程
基于OptiSturct的線性靜力學分析和尺寸優(yōu)化
基于OptiStruct的凸輪軸尺寸優(yōu)化 本課程適用于零基礎或者有點基礎的人員，主要是對凸輪軸進行尺寸優(yōu)化，通過本視頻的講解，可以掌握線性多載荷、多工況靜力學分析，尺寸優(yōu)化分析。 第0章 引言 開場白介紹，主要是講解一下本視頻學習的好處。
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基于Abaqus-ATOM優(yōu)化模塊尺寸優(yōu)化控制臂實用仿真(附帶詳細cae模型文件)
本實例是基于Abaqus-ATOM優(yōu)化模塊對控制臂進行尺寸優(yōu)化實用仿真,本期視頻所用的模型網(wǎng)格為殼單元,本視頻包含全流程常規(guī)建模步驟涉及到分析步的設置,材料截面的設置,邊界載荷施加等,尺寸優(yōu)化模塊涉及到應變能目標和體積目標的設置，厚度尺寸的上下限約束等,提交計算,結果查看等,附帶詳細涉及的模型,有需要的同學可自行下載查看。
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OptiStruct梁單元截面尺寸優(yōu)化
梁單元尺寸優(yōu)化操作流程 fem文件結構介紹 HyperWorks幫助文檔使用介紹 編輯fem文件實現(xiàn)快速創(chuàng)建尺寸設計變量 尺寸優(yōu)化結果查看
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尺寸優(yōu)化的實例教程
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 電機機座尺寸優(yōu)化中面網(wǎng)格模型如圖5所示：
圖5 電機機座尺寸優(yōu)化中面網(wǎng)格模型
本次尺寸優(yōu)化的部件如圖6所示：
圖6 電機機座尺寸優(yōu)化部件
各個優(yōu)化部件的尺寸及上下限值如表1所示，單位為mm。
材料屈服強度為235MPa，取安全系數(shù)為1.5，則最大應力上限值Max stress=157MPa。整體最大位移Max displacement=1.0mm。第一階頻率>54Hz。
首先，定義設計變量，并關聯(lián)其厚度屬性，如圖7所示：
圖7 設計變量，并關聯(lián)其厚度屬性
優(yōu)化后的模態(tài)、剛度、強度如圖11所示：
圖11 優(yōu)化后的模態(tài)、剛度、強度云圖
由圖11可知，優(yōu)化的結果滿足目標要求。
優(yōu)化的料厚分布如圖12所示：
圖12 優(yōu)化后的料厚分布
迭代目標圖，如圖13所示：
圖13 迭代目標圖
由圖13可知，總質量由1.279t減至0.668t，重量降低47.8%。
采用尺寸優(yōu)化可最大限度的得到產(chǎn)品料厚分布最優(yōu)化，重量最輕。
尺寸優(yōu)化還可以定義相關部件料厚一致等，本文分析沒有考慮厚度尺寸的離散化，因此得到的料厚保留了3為小數(shù)，這在實際加工過程中是不允許的，因此，后續(xù)優(yōu)化須考慮厚度尺寸的離散化，增量為0.1mm，保證產(chǎn)品的可制造性。
展開 因此，為了設計出能夠滿足目標的雨棚，需要對其結構進行加強，通過尺寸優(yōu)化可以滿足目標。
控制條件：材料強度極限，取安全系數(shù)1.4。
約束條件：鋼管壁厚：2～6mm；
曲桿厚度：6～20mm；
篷布厚度：1～5mm。
目標：總質量最小。
雨棚尺寸優(yōu)化結果如圖5所示：
圖5 雨棚優(yōu)化結果
由圖5可以看出，為了使雨棚滿足12級臺風及冰雹載荷，鋼管壁厚須達到5.3mm，曲桿厚度須達到6.0mm，篷布厚度須達到4.0mm。
雨棚尺寸優(yōu)化位移及應力云圖如圖6所示：
圖6 雨棚尺寸優(yōu)化位移及應力云圖
由圖6可以看出，篷布、曲桿模組、金屬部件等均低于其材料拉伸強度，滿足目標要求。
HyperWorks中的尺寸優(yōu)化不僅可以實現(xiàn)輕量化目標，同時可以使產(chǎn)品滿足功能指標。
文章來源：CAE愛聯(lián)盟
展開 在OptiStruct中進行電池包殼體尺寸優(yōu)化，需結合參數(shù)化建模、載荷工況定義、約束設置和優(yōu)化目標，實現(xiàn)輕量化與結構性能的平衡。以下是詳細流程和關鍵要點：
一、優(yōu)化流程
1. 前處理：參數(shù)化建模
· 設計變量：將殼體關鍵區(qū)域厚度設為變量。
· 非設計區(qū)域：固定螺栓孔、密封面等區(qū)域厚度。
電池包殼體尺寸優(yōu)化設計空間與非設計區(qū)域顯示如圖1所示，藍色為非設計區(qū)域，紅色為設計區(qū)域：
圖1 設計區(qū)域與非設計區(qū)域
2. 載荷工況定：義定義約束模態(tài)邊界條件：
①模態(tài)求解卡片設置：計算前10階非剛體模態(tài)
②電池重量：將電芯質量以集中質量點（CONM2）施加于殼體內部連接點。
③邊界條件：約束安裝點所有自由度（SPC）。
模態(tài)計算模型如圖2所示：
圖2 模態(tài)計算工況
3. 響應設置（Responses），定義模型全局響應：定義電池包殼體質量響應和第一階頻率響應
①質量響應（MASS）
②一階扭轉模態(tài)頻率（FREQ）
圖3 定義質量響應和一階頻率響應
約束條件：
①定義優(yōu)化約束條件，本案例以質量≤4.5kg為約束條件，具體設置方法如圖4所示：
圖4 質量約束建立
②定義制造工藝約束，按照60°拔模角度進行約束，具體設置方法如圖5所示：
圖5 制造工藝約束條件
5. 優(yōu)化目標：本例以第一階模態(tài)最大為優(yōu)化目標，進行設計區(qū)域進行尺寸優(yōu)化
6. 控制參數(shù)，在opti control里面進行優(yōu)化控制參數(shù)設置：
①優(yōu)化算法：自適應響應面法（ARSM）或梯度優(yōu)化。
②收斂精度：相對變化<1%~2%或最大迭代50步。
二、關鍵優(yōu)化策略
1.
展開 因此，為了設計出能夠滿足目標的雨棚，需要對其結構進行加強，通過尺寸優(yōu)化可以滿足目標。
控制條件：材料強度極限，取安全系數(shù)1.4。
約束條件：鋼管壁厚：2～6mm；
曲桿厚度：6～20mm；
篷布厚度：1～5mm。
目標：總質量最小。
雨棚尺寸優(yōu)化結果如圖5所示：
圖5 雨棚優(yōu)化結果
由圖5可以看出，為了使雨棚滿足12級臺風及冰雹載荷，鋼管壁厚須達到5.3mm，曲桿厚度須達到6.0mm，篷布厚度須達到4.0mm。
雨棚尺寸優(yōu)化位移及應力云圖如圖6所示：
圖6 雨棚尺寸優(yōu)化位移及應力云圖
由圖6可以看出，篷布、曲桿模組、金屬部件等均低于其材料拉伸強度，滿足目標要求。
HyperWorks中的尺寸優(yōu)化不僅可以實現(xiàn)輕量化目標，同時可以使產(chǎn)品滿足功能指標。
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通常的流程是先進行柔度拓撲優(yōu)化得到概念構型，再進行尺寸和形狀優(yōu)化來細化并校核應力。
· 工藝約束：需要考慮制造工藝，如壓鑄、鍛造或鈑金沖壓。先進的拓撲優(yōu)化軟件可以添加拔模方向、對稱性、最小尺寸等制造約束。
四、總結
基于多工況加權柔度響應的拓撲優(yōu)化是汽車控制臂輕量化設計的強大工具。
**(3) 尺寸優(yōu)化（Size Optimization）**
- **對象**：板厚、筋厚、圓角。
- **目標**：在滿足強度/頻率下，**最小化質量**。
頂尖優(yōu)化：設計創(chuàng)新，輕量化與性能最大化
OptiStruct 作為行業(yè)黃金標準，提供拓撲、形貌、尺寸、形狀、自由尺寸全類型優(yōu)化技術。
Nelson指出，該系統(tǒng)必須針對尺寸和重量進行優(yōu)化，才能最大限度提高車輛的續(xù)航里程和能效。然而，傳統(tǒng)硅片限制了這些系統(tǒng)在輸出、尺寸和速度方面的表現(xiàn)。
Nelson說： “SiC可在支持高性能的同時，減少車載充電器的尺寸和重量，從而改進車載充電器。它可更快地進行開關，因此充電器設計可采用更高的開關頻率。這就使得可以使用更小型的無源組件，例如更小的電容器和更小的變壓器等。
三、尺寸優(yōu)化結果
提交Optistruct求解器進行優(yōu)化求解，經(jīng)過30步迭代優(yōu)化獲取最優(yōu)解，優(yōu)化目標迭代歷程如圖6所示：
圖6 優(yōu)化目標迭代歷程
優(yōu)化結果提取：提取最終尺寸優(yōu)化結果分布，如圖7所示：
圖7
優(yōu)化結果說明
因此在澆口尺寸優(yōu)化上，其中一項重要的考慮因素就是澆口最大剪切率。在選定澆口尺寸時，若澆口過大將導致冷卻時間的增加，進而影響產(chǎn)能；而如果澆口過小，則會使保壓效果降低，也容易使塑料流過澆口時剪切率過大。因此設計澆口尺寸時，評估最大剪切率至關重要。
因此在澆口尺寸優(yōu)化上，其中一項重要的考慮因素就是澆口最大剪切率。在選定澆口尺寸時，若澆口過大將導致冷卻時間的增加，進而影響產(chǎn)能；而如果澆口過小，則會使保壓效果降低，也容易使塑料流過澆口時剪切率過大。因此設計澆口尺寸時，評估最大剪切率至關重要。
通過拓撲優(yōu)化、尺寸優(yōu)化或形狀優(yōu)化，在保證強度與剛度滿足要求的前提下，減少材料使用，實現(xiàn)輕量化設計。此外，振動特性的分析結果有助于避免共振，確保輕量化后的機械手臂在高速運動中仍具備良好的動態(tài)性能與穩(wěn)定性。
圖3對比了初始與優(yōu)化尺寸的傳輸譜，優(yōu)化后濾波器通帶傳輸率顯著提升，截止波長處傳輸率接近零，濾波性能大幅改善。圖4展示了750nm（通帶）、1008nm（截止帶）、1600nm（通帶）處的磁場分量|Hz|分布：通帶波長處呈現(xiàn)高場強區(qū)域，表明光高效傳輸；截止波長處場強極低，顯示信號被有效阻斷，驗證了濾波器的工作機制。
Moldex3D脫蠟精密鑄造解決方案(見圖一及圖二)，提供塑料成型之外的模具設計解決方案，從塑料成型拓展到精密鑄造領域，可幫助精密鑄造業(yè)者進行射蠟成型條件優(yōu)化，降低成型過程潛在缺陷的發(fā)生機率，準確預測蠟模收縮后的尺寸，達到模具尺寸的優(yōu)化。
