形貌優(yōu)化
關(guān)注創(chuàng)建者：Jiang_Jim 創(chuàng)建時(shí)間：2016-06-20
形貌優(yōu)化的視頻教程
Hepermesh加強(qiáng)筋形貌優(yōu)化（附CAE模型）
本套視頻詳細(xì)講解了如何在hepermesh中進(jìn)行加強(qiáng)筋形貌優(yōu)化的設(shè)置，如何調(diào)整參數(shù)，如何關(guān)聯(lián)分析比，以及如何處理分析優(yōu)化結(jié)果。本次優(yōu)化講解了兩種形貌優(yōu)化的方法，分別對(duì)加工約束進(jìn)行了考慮和未考慮做出了不同的優(yōu)化結(jié)果。
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abaqus的shape形貌優(yōu)化案例
基于abaqus自帶的shape形貌優(yōu)化案例，step by step ，適合做形貌優(yōu)化的人員參考 ！
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基于Abaqus-ATOM優(yōu)化模塊形貌優(yōu)化控制臂實(shí)用仿真（附帶詳細(xì)cae模型及inp文件）
本實(shí)例是基于Abaqus-ATOM優(yōu)化模塊對(duì)控制臂進(jìn)行形貌優(yōu)化實(shí)用仿真,本視頻包含全流程常規(guī)建模步驟涉及到分析步的設(shè)置,材料截面的設(shè)置,邊界載荷施加等,形貌優(yōu)化模塊涉及到應(yīng)力目標(biāo)和體積目標(biāo)的設(shè)置，脫模約束等,提交計(jì)算,結(jié)果查看等,附帶詳細(xì)涉及的模型,有需要的同學(xué)可自行下載查看。后面的步驟較為詳細(xì)，可以自行放慢視頻觀看學(xué)習(xí)，有問(wèn)題可以私聊咨詢(xún)，可以觀看視頻的同時(shí)對(duì)照模型自行建立。
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形貌優(yōu)化的實(shí)例教程
2 形貌優(yōu)化分析方法及有限元分析
2.1形貌優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
形貌優(yōu)化是一種形狀最優(yōu)化的方法，即在板型結(jié)構(gòu)中尋找最優(yōu)加強(qiáng)筋分析的概念設(shè)計(jì)方法，通過(guò)指定單元節(jié)點(diǎn)在其法向的移動(dòng)量，不斷調(diào)整有限元網(wǎng)格模型的結(jié)構(gòu)形狀，直到得到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)最優(yōu)化的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)區(qū)域的最佳組合。較多用于設(shè)計(jì)薄壁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化壓痕，使結(jié)構(gòu)輕量化的同時(shí)能夠滿(mǎn)足剛強(qiáng)度和頻率等方面要求，并且生成優(yōu)化后的最佳形貌。形貌優(yōu)化尤其適合于板殼結(jié)構(gòu)，可以靈活地設(shè)置起筋類(lèi)型和起筋形狀，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于提高各種沖壓板件的性能，如減小變形，提高模態(tài)頻率，減小振動(dòng)等。
對(duì)于滾筒洗衣機(jī)前法蘭優(yōu)化區(qū)域的形貌優(yōu)化，其設(shè)計(jì)流程為：對(duì)初設(shè)計(jì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分、施加邊界條件，設(shè)定優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)及約束條件，定義起筋區(qū)域及起筋參數(shù)，如加強(qiáng)筋最小筋寬、起筋角度、加強(qiáng)筋高度及加強(qiáng)筋對(duì)稱(chēng)方式等，如圖2所示，就可以從Topography Optimization模塊中得出加強(qiáng)筋布置方案，如果設(shè)計(jì)不能滿(mǎn)足要求，則返回重新修改相關(guān)參數(shù)，重新設(shè)計(jì)，此種設(shè)計(jì)思路縮短了改善加強(qiáng)筋分布設(shè)計(jì)周期，同時(shí)優(yōu)化了設(shè)計(jì)流程。整個(gè)設(shè)計(jì)流程大致如圖3所示[5]。
展開(kāi) 定義形貌優(yōu)化設(shè)計(jì)區(qū)域和加強(qiáng)筋基本參數(shù)后，再設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)——第一階固有頻率最大，就可以提交計(jì)算通過(guò)形貌優(yōu)化軟件獲取加強(qiáng)筋的最優(yōu)布置方案。經(jīng)過(guò)23輪迭代計(jì)算后該下殼體的形貌優(yōu)化分析結(jié)果如圖4所示，此時(shí)一階模態(tài)達(dá)到了90.5HZ，而原始去掉加強(qiáng)筋的模型一階模態(tài)僅為22HZ,可見(jiàn)存在巨大的優(yōu)化空間。
圖4 優(yōu)化結(jié)果
3根據(jù)形貌優(yōu)化結(jié)果布置加強(qiáng)筋
根據(jù)形貌優(yōu)化的分析結(jié)果結(jié)合零件功能及工藝可行性，布置燃油箱殼體加強(qiáng)筋，最后設(shè)計(jì)完成的燃油箱下殼體模型如圖5所示。
圖5 最終設(shè)計(jì)模型
最后對(duì)完成設(shè)計(jì)的燃油箱進(jìn)行模態(tài)分析，得到整個(gè)燃油箱總成的一階固有頻率為82.8Hz（見(jiàn)圖5），其一階模態(tài)出現(xiàn)在燃油箱上殼體中間部位，說(shuō)明下殼體模態(tài)應(yīng)該更高，其分析結(jié)果與形貌優(yōu)化分析結(jié)果匹配良好，與最初的設(shè)計(jì)方案相比，第一階固有頻率提高了42%，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
圖6 最終模型的一階模態(tài)振型圖
4 總結(jié)
1) 對(duì)于薄壁鈑金件加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)，在加強(qiáng)筋最大高度確定的前提下，關(guān)鍵是找到加強(qiáng)筋對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)目標(biāo)（如結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、某階固有頻率等）的最佳起筋區(qū)域布置方案，只有這樣才能獲得滿(mǎn)足成本及設(shè)計(jì)要求的最佳結(jié)果。
2) 通過(guò)形貌優(yōu)化方法布置燃油箱殼體的加強(qiáng)筋，不但可以有效提高燃油箱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且可以優(yōu)化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的流程，大幅縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期。本文對(duì)基于形貌優(yōu)化方法對(duì)燃油箱殼體加強(qiáng)筋進(jìn)行布局的研究為該方法在鈑金零件設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用起到了很好的指導(dǎo)作用。
參考文獻(xiàn)：
[1] 呂兆平等 基于有限元技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置支架拓?fù)?em>優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 汽車(chē)工程，2009（4）
[2]賈維新等，基于形貌優(yōu)化的低噪聲油底殼設(shè)計(jì)研究【J]浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）2007,41（5）；770-773.
展開(kāi) 通過(guò)殼體形貌優(yōu)化后，在峰值72 Hz處振動(dòng)加速度降低了21.5%，近場(chǎng)聲壓在2500 Hz頻帶以?xún)?nèi)及10000 Hz以上均有降低，驗(yàn)證了基于OptiStruct的形貌優(yōu)化仿真方法在提升壓縮機(jī)殼體面剛度及降低輻射噪聲的可行性。
眾所周知Optistruct是一款功能很強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件，覆蓋多種材料，包括金屬和復(fù)合材料，適用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)，線(xiàn)性和非線(xiàn)性等多種優(yōu)化應(yīng)用領(lǐng)域，支持全面的優(yōu)化類(lèi)型，包括概念設(shè)計(jì)階段的拓?fù)?em>優(yōu)化、形貌優(yōu)化和自由尺寸優(yōu)化，以及詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和自由形狀優(yōu)化。每種優(yōu)化模式均有各自的優(yōu)勢(shì)，其中形貌優(yōu)化技術(shù)的設(shè)計(jì)空間是由大量的節(jié)點(diǎn)波動(dòng)向量組成，這些節(jié)點(diǎn)向量按照一定的模式進(jìn)行組合以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)約束，并最終生成優(yōu)化后的最佳形貌。本文案例是利用形貌優(yōu)化分析對(duì)受扭平板進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)比分析優(yōu)化前后目標(biāo)值的改善情況。
本文案例的模型為金屬平板，尺寸為100×100mm，網(wǎng)格大小為2mm，對(duì)比5總形貌優(yōu)化結(jié)果，我們可以得出結(jié)論，進(jìn)行形貌優(yōu)化時(shí)，不同的設(shè)置和選擇影響最終的優(yōu)化結(jié)果，不同的設(shè)置取決于優(yōu)化的人想要選擇什么樣的約束。
方案
優(yōu)化結(jié)果
方案一
4.44m
方案二
4.31mm
方案三
31.76mm
方案四
14.65mm
方案五
15.17mm
具體詳細(xì)見(jiàn)附件PDF。非常感謝大家能批評(píng)指正。
基于Optistruct的受扭平板的形貌優(yōu)化分析.pdf
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眾所周知Optistruct是一款功能很強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件，覆蓋多種材料，包括金屬和復(fù)合材料，適用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)，線(xiàn)性和非線(xiàn)性等多種優(yōu)化應(yīng)用領(lǐng)域，支持全面的優(yōu)化類(lèi)型，包括概念設(shè)計(jì)階段的拓?fù)?em>優(yōu)化、形貌優(yōu)化和自由尺寸優(yōu)化，以及詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和自由形狀優(yōu)化。每種優(yōu)化模式均有各自的優(yōu)勢(shì)，其中形貌優(yōu)化技術(shù)的設(shè)計(jì)空間是由大量的節(jié)點(diǎn)波動(dòng)向量組成，這些節(jié)點(diǎn)向量按照一定的模式進(jìn)行組合以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)約束，并最終生成優(yōu)化后的最佳形貌。本文案例是利用形貌優(yōu)化分析對(duì)受扭平板進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)比分析優(yōu)化前后目標(biāo)值的改善情況。
本文案例的模型為金屬平板，尺寸為100×100mm，網(wǎng)格大小為2mm，對(duì)比5總形貌優(yōu)化結(jié)果，我們可以得出結(jié)論，進(jìn)行形貌優(yōu)化時(shí)，不同的設(shè)置和選擇影響最終的優(yōu)化結(jié)果，不同的設(shè)置取決于優(yōu)化的人想要選擇什么樣的約束。
方案
優(yōu)化結(jié)果
方案一
4.44m
方案二
4.31mm
方案三
31.76mm
方案四
14.65mm
方案五
15.17mm
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OptiStruct的活塞式壓縮機(jī)殼體介紹1個(gè)月前
OptiStruct 結(jié)構(gòu)優(yōu)化（核心應(yīng)用）
**(1) 形貌優(yōu)化（Beleading/Bead Optimization）—— 最常用**
- **對(duì)象**：薄壁沖壓殼體。
- **目標(biāo)**：提高剛度、降低振動(dòng)噪聲。
- **設(shè)計(jì)變量**：加強(qiáng)筋（Bead）的位置、高度、寬度、形狀。
- **約束**：最大應(yīng)力、頻率、筋高/拔模角。
· 概念設(shè)計(jì)階段：拓?fù)鋬?yōu)化自動(dòng)生成最優(yōu)材料分布方案，打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思維，實(shí)現(xiàn)極致輕量化；
· 詳細(xì)設(shè)計(jì)階段：尺寸 / 形貌優(yōu)化精準(zhǔn)調(diào)整參數(shù)，平衡性能、成本、重量，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力；
· 優(yōu)化結(jié)果直接導(dǎo)出 CAD 格式，無(wú)縫銜接設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，形成 “仿真 - 優(yōu)化 - 設(shè)計(jì)” 閉環(huán)，加速創(chuàng)新落地。
4.
基于OptiStruct的電池包殼體尺寸優(yōu)化3個(gè)月前
②形貌優(yōu)化（Topography）：在殼體表面生成加強(qiáng)筋，具體設(shè)置參數(shù)：TOPOLOGY, 1, PSHELL, 1, , MIN_DIA=20, MAX_DIA=50 ! 筋條最小/最大直徑
③制造約束，設(shè)置對(duì)稱(chēng)約束和厚度分組：
對(duì)稱(chēng)約束：左右殼體厚度對(duì)稱(chēng)（避免非對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)）；
厚度分組：將相鄰區(qū)域厚度綁定（減少加工復(fù)雜度）。
質(zhì)量約束為100%
形貌優(yōu)化后，同質(zhì)量下，整體變形為0.12mm，結(jié)構(gòu)剛度明顯提升。
基于這一結(jié)果，可采取結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施（如對(duì)鈑金件進(jìn)行形貌優(yōu)化）或增加阻尼片等方式，有針對(duì)性地抑制結(jié)構(gòu)表面振動(dòng)，進(jìn)而有效降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)產(chǎn)生的輻射噪聲。
其功能覆蓋線(xiàn)性/非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)分析、振動(dòng)聲學(xué)、疲勞壽命、熱-結(jié)構(gòu)耦合等多場(chǎng)景（例如電子設(shè)備的熱-結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真、新能源汽車(chē)電池包的電-熱-力耦合優(yōu)化），尤其在輕量化設(shè)計(jì)與創(chuàng)新優(yōu)化中表現(xiàn)突出：
支持拓?fù)鋬?yōu)化（如復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)）、形貌優(yōu)化（薄壁件）等多種算法，可在滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)材料高效利用；
通過(guò)統(tǒng)一模型架構(gòu)，工程師能無(wú)縫銜接隱式與顯式分析（如從螺栓預(yù)緊力計(jì)算到跌落測(cè)試仿真），避免多軟件切換的效率損耗
相對(duì)地，Morphologi 4-ID則以其高分辨率的形貌成像能力著稱(chēng)，不僅提供粒徑和形狀參數(shù)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，還能進(jìn)行顆粒分類(lèi)分析，有助于深入理解顆粒形貌特征對(duì)材料性能的具體影響，從而優(yōu)化粉末的形貌特性以提升產(chǎn)品的質(zhì)量和功能性。
這兩款儀器的結(jié)合滿(mǎn)足了從粒徑測(cè)量到形貌分析的全面需求，推動(dòng)了制造技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新。
形貌優(yōu)化：形貌優(yōu)化通常與曲面設(shè)計(jì)相關(guān)，它著重于調(diào)整曲面的形狀以滿(mǎn)足特定的外觀、空氣動(dòng)力性能或其他要求。在汽車(chē)設(shè)計(jì)中，形貌優(yōu)化可以用來(lái)打造更具吸引力的外觀，同時(shí)確保空氣動(dòng)力學(xué)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(guò)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(jí)的優(yōu)化算法來(lái)找到最佳解決方案。
OSSmooth是一個(gè)半自動(dòng)化的工具，用于將拓?fù)洹?em>形貌或者形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果根據(jù)一定的網(wǎng)格變形解釋成CAD模型，以便導(dǎo)入CAD軟件作為設(shè)計(jì)參考。本文利用hyperworks中先進(jìn)的OSSmooth模塊，將優(yōu)化后的結(jié)果生成IGS格式的文件反導(dǎo)入PROE軟件。導(dǎo)入后如圖11~13所示。
優(yōu)化后的模型導(dǎo)入ProE軟件后，需要對(duì)模型進(jìn)行二次設(shè)計(jì)。
該飛行器在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行了翅膀形貌優(yōu)化以獲得更高效率，它的質(zhì)量為19 g，翼展為16.5 cm，撲翼頻率為30 Hz，能夠懸停，能以6.7 m/s的速度向前飛行并向遠(yuǎn)程地面站傳輸實(shí)時(shí)彩色視頻，是世界首款兩翅構(gòu)型的可自主飛行并實(shí)現(xiàn)懸停功能的無(wú)尾飛行器。翅膀的設(shè)計(jì)遵循最大升力功率比目標(biāo)，以獲得最優(yōu)的效率，提升飛行時(shí)間，最終設(shè)計(jì)的翅膀可以達(dá)到9.4 g/W的升力功率比。
