形貌優化的案例
基于形貌優化的洗衣機內筒前法蘭設計
2 形貌優化分析方法及有限元分析
2.1形貌優化設計方法
形貌優化是一種形狀最優化的方法，即在板型結構中尋找最優加強筋分析的概念設計方法，通過指定單元節點在其法向的移動量，不斷調整有限元網格模型的結構形狀，直到得到滿足設計目標最優化的移動節點區域的最佳組合。較多用于設計薄壁結構的強化壓痕，使結構輕量化的同時能夠滿足剛強度和頻率等方面要求，并且生成優化后的最佳形貌。形貌優化尤其適合于板殼結構，可以靈活地設置起筋類型和起筋形狀，已經被廣泛應用于提高各種沖壓板件的性能，如減小變形，提高模態頻率，減小振動等。
對于滾筒洗衣機前法蘭優化區域的形貌優化，其設計流程為：對初設計模型進行網格劃分、施加邊界條件，設定優化設計目標及約束條件，定義起筋區域及起筋參數，如加強筋最小筋寬、起筋角度、加強筋高度及加強筋對稱方式等，如圖2所示，就可以從Topography Optimization模塊中得出加強筋布置方案，如果設計不能滿足要求，則返回重新修改相關參數，重新設計，此種設計思路縮短了改善加強筋分布設計周期，同時優化了設計流程。整個設計流程大致如圖3所示[5]。
展開 金屬燃油箱形貌優化設計方法研究
定義形貌優化設計區域和加強筋基本參數后，再設定優化目標——第一階固有頻率最大，就可以提交計算通過形貌優化軟件獲取加強筋的最優布置方案。經過23輪迭代計算后該下殼體的形貌優化分析結果如圖4所示，此時一階模態達到了90.5HZ，而原始去掉加強筋的模型一階模態僅為22HZ,可見存在巨大的優化空間。
圖4 優化結果
3根據形貌優化結果布置加強筋
根據形貌優化的分析結果結合零件功能及工藝可行性，布置燃油箱殼體加強筋，最后設計完成的燃油箱下殼體模型如圖5所示。
圖5 最終設計模型
最后對完成設計的燃油箱進行模態分析，得到整個燃油箱總成的一階固有頻率為82.8Hz（見圖5），其一階模態出現在燃油箱上殼體中間部位，說明下殼體模態應該更高，其分析結果與形貌優化分析結果匹配良好，與最初的設計方案相比，第一階固有頻率提高了42%，達到了設計要求。
圖6 最終模型的一階模態振型圖
4 總結
1) 對于薄壁鈑金件加強筋的設計，在加強筋最大高度確定的前提下，關鍵是找到加強筋對應設計目標（如結構強度、某階固有頻率等）的最佳起筋區域布置方案，只有這樣才能獲得滿足成本及設計要求的最佳結果。
2) 通過形貌優化方法布置燃油箱殼體的加強筋，不但可以有效提高燃油箱的結構強度，而且可以優化設計開發的流程，大幅縮短了產品開發的周期。本文對基于形貌優化方法對燃油箱殼體加強筋進行布局的研究為該方法在鈑金零件設計領域的應用起到了很好的指導作用。
參考文獻：
[1] 呂兆平等 基于有限元技術的發動機懸置支架拓撲優化設計研究 汽車工程，2009（4）
[2]賈維新等，基于形貌優化的低噪聲油底殼設計研究【J]浙江大學學報（工學版）2007,41（5）；770-773.
展開 基于OptiStruct的活塞式壓縮機殼體VTF仿真分析及形貌優化
通過殼體形貌優化后，在峰值72 Hz處振動加速度降低了21.5%，近場聲壓在2500 Hz頻帶以內及10000 Hz以上均有降低，驗證了基于OptiStruct的形貌優化仿真方法在提升壓縮機殼體面剛度及降低輻射噪聲的可行性。
基于Optistruct的受扭平板的形貌優化分析
基于Optistruct的受扭平板的形貌優化分析.pdf
眾所周知Optistruct是一款功能很強大的結構優化軟件，覆蓋多種材料，包括金屬和復合材料，適用于靜態和動態，線性和非線性等多種優化應用領域，支持全面的優化類型，包括概念設計階段的拓撲優化、形貌優化和自由尺寸優化，以及詳細設計階段的尺寸優化、形狀優化和自由形狀優化。每種優化模式均有各自的優勢，其中形貌優化技術的設計空間是由大量的節點波動向量組成，這些節點向量按照一定的模式進行組合以滿足設計約束，并最終生成優化后的最佳形貌。本文案例是利用形貌優化分析對受扭平板進行優化，對比分析優化前后目標值的改善情況。
本文案例的模型為金屬平板，尺寸為100×100mm，網格大小為2mm，對比5總形貌優化結果，我們可以得出結論，進行形貌優化時，不同的設置和選擇影響最終的優化結果，不同的設置取決于優化的人想要選擇什么樣的約束。
方案
優化結果
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
具體詳細見附件PDF。非常感謝大家能批評指正。
展開 
基于Optistruct的受扭平板的形貌優化分析
眾所周知Optistruct是一款功能很強大的結構優化軟件，覆蓋多種材料，包括金屬和復合材料，適用于靜態和動態，線性和非線性等多種優化應用領域，支持全面的優化類型，包括概念設計階段的拓撲優化、形貌優化和自由尺寸優化，以及詳細設計階段的尺寸優化、形狀優化和自由形狀優化。每種優化模式均有各自的優勢，其中形貌優化技術的設計空間是由大量的節點波動向量組成，這些節點向量按照一定的模式進行組合以滿足設計約束，并最終生成優化后的最佳形貌。本文案例是利用形貌優化分析對受扭平板進行優化，對比分析優化前后目標值的改善情況。
本文案例的模型為金屬平板，尺寸為100×100mm，網格大小為2mm，對比5總形貌優化結果，我們可以得出結論，進行形貌優化時，不同的設置和選擇影響最終的優化結果，不同的設置取決于優化的人想要選擇什么樣的約束。
方案
優化結果
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
具體詳細見附件PDF。非常感謝大家能批評指正。
基于Optistruct的受扭平板的形貌優化分析.pdf
展開 淺析結構優化方法：拓撲、形狀、形貌、自由尺寸、尺寸
拓撲優化：拓撲優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）并滿足特定的性能要求。在汽車輕量化中，拓撲優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。
形狀優化：形狀優化關注的是在給定的幾何形狀內，調整結構的形狀以優化性能。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。在汽車輕量化中，形狀優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。
形貌優化：形貌優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，形貌優化可以用來打造更具吸引力的外觀，同時確?？諝鈩恿W效率。
自由尺寸優化：自由尺寸優化是一種更靈活的方法，它允許在優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化算法來找到最佳解決方案。在汽車輕量化中，自由尺寸優化可以用來創造創新的設計，以滿足復雜的性能目標。
尺寸優化：尺寸優化涉及到優化零部件的尺寸（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，尺寸優化可以幫助設計更輕、更緊湊的零部件。
拓撲優化通常是優化的第一個階段，因為它確定了結構中哪些部分需要被優化。形狀優化通常在拓撲優化之后進行。拓撲優化確定了哪些區域需要被優化，而形狀優化則在這些區域內進行形狀的調整。形貌優化通常是在形狀優化之后進行的。
形狀優化確定了結構的內部幾何形狀，而形貌優化則在這個基礎上進行外部形貌的調整。尺寸優化可以在拓撲優化和形狀優化這兩個階段之間或之后進行。自由尺寸優化可以在其他優化方法可以在優化過程中的任何時候進行。
展開 形貌優化在動力總成懸置支架設計中的應用
對初始設計的支架進行模態分析，發現原始設計的支架一階模態為577HZ，未能達到設計標準； 需要進行優化分析，得到合理的加強筋布局來提高支架模態。
圖 3 模態分析圖
4 形貌拓撲優化分析
在進行形貌優化分析時設置合理設定參數，可以幫助提高優化的效果，并且使優化的結果更加具有實用性。首先是加強筋布置的方向，雙方向的加強筋布局優化效果最好，但是加工難度大；單向的肋板布局加工方便，為了提高優化的效果可以適當提高肋板高度；同時根據實際情況，確定單向肋板的布局方向見圖4。 合理的肋板高度不僅可以得到較好的優化效果而且使工藝性和實用性得到了保障；較高的肋板高度可以提高優化效果，但是實際中受材料性能的限制，往往是加工不出的。
圖 4 優化分析結果
查看優化結果，如果對優化結果不滿意，可以調整優化參數。利用 OSSmooth工具可以到處優化后的幾何模型，再導入專業的 CAD軟件，作為參照對初始設計進行修改，得到最終的優化設計方案見圖5。
5 優化方案分析
5.1強度分析
對懸置支架原始模型與優化后模型 導入Abaqus軟件中進行同工況靜力學分析對比，以了解優化前后模型的剛度與強度情況。得到結果如表3.
表3 優化前后應力對比
由6種工況靜力學分析結果來看，優化后模型相對原始模型應力云圖分布更加合理，各個工況下最大應力明顯改善。
5.2 模態分析
為了驗證優化設計方案的可靠性，對優化方案進行模態分析，一階模態已經達到了755HZ，已經滿足了目標值，見圖 5。而且從模型上來看加強筋的布置合理符合生產制造工藝的要求，零件的重量也沒有增加。
展開 ANSYS結構優化模塊的形貌優化 ￥50
ANSYS Workbench 形貌優化主要是針對薄殼結構的強度，改變其表面形貌，如凸起，加強等。
原模型
整體變形為0.87mm。
質量約束為100%
形貌優化后，同質量下，整體變形為0.12mm，結構剛度明顯提升。
ANSYS結構優化模塊的形貌優化功能實例
1）拓撲優化-基于密度；
2）拓撲優化-基于水平集；
3）柵格法；
4）形狀優化；
5）拓撲優化-混合密度法
6）形貌優化
02
導讀
本文通過一個簡單實例，介紹2023R1版本新增的形貌優化功能。形貌優化有什么實用價值，相信讀者看完實例就明白了。
白車身備胎坑形貌優化(實際案例)
一般情況下可以通過增加鈑金件的厚度和壓制加強筋的方法來提高備胎池剛度和NVH性能：
1.提高基頻，前200Hz內的模態數量最少
2.不同階次間，間隔大(引用)
Optistruct形貌優化尺寸控制：
Optistruct形貌優化特征控制
none:特征尺寸對優化結果的影響：
1.隨著高度尺寸增加，優化后基頻增大，階數減少
2.隨著寬度尺寸增加，優化后基頻減小，階數變化較小
1pln:特征尺寸對優化結果的影響：
1.隨著高度尺寸增加，優化后基頻增大，階數減少
2.隨著寬度尺寸增加，優化后基頻減小，階數變化較小
linear:特征尺寸對優化結果的影響：
1.隨著高度尺寸增加，優化后基頻增大，階數減少
2.隨著寬度尺寸增加，優化后基頻減小，階數變化較小
circular:特征尺寸對優化結果的影響：
1.隨著高度尺寸增加，優化后基頻增大，階數減少
2.隨著寬度尺寸增加，優化后基頻減小，階數變化較小
cyclic+ucyc：
cyclic&1pln+ucyc：
cyclic&lin+ucyc
cyclic&rad+ucyc：
特征尺寸對優化結果的影響：
1.同一類型特征，隨著高度尺寸增加，優化后基頻增大，階數減少
2.同一類型特征，隨著寬度尺寸增加，優化后基頻減小，階數變化較小
3.不同特征，相同的尺寸下優化結果近似一致，同時H15：W20組合最好
4.cyclic對應不同的類型時，ucyc=0/1時，基本一致，只有在>=2時，才產生差異
優化方式對結果的影響：
1.使用無特征類型：none
2.使用H15：W20組合
3.優化方法
a.最大化一階模態
b.前六階模態加權最小
c.第一步1階、2階加權最?。坏诙?階、3階加權最小
展開 基于 OptiStruct 形貌優化分析技術的商用車發動機油 底殼設計方法
為了降低發動機油底殼輻射噪聲以及達到輕量化的目的，設計中考慮將油底
殼材料由鋼換成塑料，本文運用Altair 公司的OptiStruct 結構優化分析軟件對某型號發動機
塑料油底殼進行了模態及形貌優化分析，并根據優化分析結果確定了塑料油底殼加強筋最佳布
局方式，最終使其性能達到最好。
耿廣銳_基于OptiStruct形貌優化分析技術的商用車發動機油底殼設計方法.pdf
基于optistruct安全帶固定支架形貌優化 ￥7
本案例是基于optistruct軟件對汽車安全帶固定支架進行形貌優化，生成最佳分布的加強筋，提高鈑金件的力學性能，提高鈑金件的剛度，從而改善其應力分布，減小應力集中。其中，優化變量、約束條件、優化目標見模型文件。
優化前
優化后
其中，紅色區域為生成的加強筋，供設計人員進行參考，從而幾何重構生成最終的模型。
優化前應力分布圖
優化后應力分布圖
優化前位移分布圖
優化后位移分布圖
從優化前與優化后汽車安全帶固定支架應力分布圖、位移分布圖可以看出，優化后的汽車安全帶固定支架強度和剛度均得到明顯的改善。關于本案例的應用，可參考學習《汽車安全帶固定支架的形貌優化設計》這篇文章。
展開 基于optistruct薄壁板件的形貌優化 ￥1
Optistruct是一個強大的優化軟件，包含拓撲、形貌和尺寸優化功能，學習起來十分容易，是一款不可多得的優化利器，本文以此案例介紹OPtistruct進行形貌優化的過程。
原始平板
支架形貌優化設計方法研究.pdf
支架形貌優化設計方法研究.pdf
汽車制動器護罩的固有頻率優化（形貌）
今天給大家帶來的是汽車制動器護罩的固有頻率優化，采用solidThinking Inspire軟件，該軟件分析效率很高，設置過程非常方便，十分人性化，很適合產品設計工程師使用。
數模和分析文件.zip
一、案例標題
二、共分為4大內容（模型、要求、原數據分析、優化分析）
三、模型
四、優化要求，目前行業要求一階頻率大于100HZ，
五、先對原始數據進行摸底分析，分析結果小于100HZ，故需對其進行優化提升
六、采用形貌優化
———以上分析大概用了30分鐘不到，效率很高。
