形狀優(yōu)化
關(guān)注創(chuàng)建者：Jiang_Jim 創(chuàng)建時(shí)間：2016-06-20
形狀優(yōu)化的視頻教程
abaqus_形狀優(yōu)化
abaqus_形狀優(yōu)化，演示案例。形狀優(yōu)化取決于原始尺寸和變量設(shè)置，修改參數(shù)后對(duì)結(jié)果影響很大，所以不同形狀的幾何注意一下，不一定能出來你想要的結(jié)果
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I-06機(jī)翼形狀優(yōu)化《STAR CCM+官方案例視頻教程》
STAR CCM+官方案例視頻教程系列之I不可壓縮流_06機(jī)翼形狀優(yōu)化 涉及主要知識(shí)點(diǎn)： 1）STAR CCM+伴隨流體求解器介紹； 2）具體的機(jī)翼優(yōu)化設(shè)置； 3）有關(guān)機(jī)翼的仿真需要和上節(jié)課“06伴隨流體：機(jī)翼形狀優(yōu)化”結(jié)合起來學(xué)習(xí)。
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ABAQUS形狀優(yōu)化案例
本例是通過優(yōu)化1/4圓弧的形狀達(dá)到降應(yīng)力的作業(yè)，其實(shí)涉及到創(chuàng)建設(shè)計(jì)變量，定義應(yīng)力響應(yīng)，體積響應(yīng)，關(guān)聯(lián)多工況，定義約束，定義目標(biāo)的操作，購(gòu)買后可以提高源文件與word版教程
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形狀優(yōu)化的實(shí)例教程
本案例教程在于如何使用optistruct進(jìn)行支架的形狀優(yōu)化、自由形狀優(yōu)化。其中，涉及到的知識(shí)點(diǎn)有形狀優(yōu)化中形狀變量的創(chuàng)建；自由形狀優(yōu)化中形狀變量的創(chuàng)建、變形約束壁障的建立；如何在optistruct中進(jìn)行形狀優(yōu)化及自由形狀優(yōu)化。
自由形狀優(yōu)化結(jié)果
形狀優(yōu)化結(jié)果
具體操作部分見收費(fèi)內(nèi)容部分，相關(guān)模型及腳本文件見附件。凡購(gòu)買本案例的朋友針對(duì)收費(fèi)內(nèi)容部分有疑問，可以一起交流。
展開 新的一年已經(jīng)到來，今天給大家分享一個(gè)輕松一點(diǎn)的話題——自由形狀優(yōu)化。其余五種優(yōu)化類型今年會(huì)在“HyperWorks優(yōu)化實(shí)例向?qū)А睂ｎ}中一一為大家分享，歡迎持續(xù)關(guān)注“Altair澳汰爾”微信公眾號(hào)~
本文模型主要使用如下圖所示簡(jiǎn)單模型：
大家可以先下載模型跟著教程一步一步操作體驗(yàn)。全文模型及操作視頻下載鏈接如下：
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形狀優(yōu)化與自由形狀優(yōu)化
所謂自由形狀是和形狀優(yōu)化比較而言的，自由形狀優(yōu)化節(jié)點(diǎn)變形的形式更加自由。進(jìn)行形狀優(yōu)化的時(shí)候需要事先創(chuàng)建形狀變量，優(yōu)化算法的優(yōu)化對(duì)象就是每個(gè)形狀變量的系數(shù)。最終的優(yōu)化結(jié)果只能是原始網(wǎng)格位置與各個(gè)形狀的線性疊加。
拿下面這張圖來說，藍(lán)色內(nèi)圈是原始網(wǎng)格邊界，左圖外圈紅線是網(wǎng)格變形創(chuàng)建的形狀變量的最遠(yuǎn)處。如果形狀變量的范圍是 [0, 1]，那么最終優(yōu)化結(jié)果的網(wǎng)格位置只能是藍(lán)圈和紅圈之間某個(gè)位置的一個(gè)圓。自由形狀優(yōu)化的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以隨意運(yùn)動(dòng)。
打個(gè)比方，形狀優(yōu)化就像計(jì)劃經(jīng)濟(jì)，自由形狀優(yōu)化就像市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)。
自由形狀優(yōu)化最常用的場(chǎng)景是解決應(yīng)力集中問題，當(dāng)然，也可以用于別的場(chǎng)合。
Altair OptiStruct? 自由形狀優(yōu)化算法：
classic 和 vertex morphing
Altair OptiStruct? 自由形狀優(yōu)化算法分 classic 和 vertex morphing 兩類，vertex morphing 方法自由度更大，但是計(jì)算量也會(huì)隨之大幅度增加，而且 vertex morphing 方法目前還是 beta 版本，使用時(shí)需謹(jǐn)慎。
對(duì)于2D單元：
classic 方法中的變量只能是自由邊上的節(jié)點(diǎn)。
展開 設(shè)置好的模型文件為：freeshape3D_ext_done.hm
03優(yōu)化結(jié)果
04優(yōu)化前的應(yīng)力
05優(yōu)化后的應(yīng)力
計(jì)劃和市場(chǎng)都是調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)的手段，計(jì)劃經(jīng)濟(jì)中可以有市場(chǎng)，形狀和自由形狀都是優(yōu)化的手段，自由形狀優(yōu)化和形狀優(yōu)化也是可以同時(shí)使用的。
同時(shí)創(chuàng)建形狀變量和自由形狀變量
比如下圖中的零件既希望改變厚度（單一厚度）又希望同時(shí)進(jìn)行變形形狀的優(yōu)化。可以同時(shí)創(chuàng)建形狀變量和自由形狀變量。
01自由形狀變量的節(jié)點(diǎn)
02形狀變量
形狀變量?jī)H僅是為了改變半徑件的厚度。形狀變量請(qǐng)參考：
03優(yōu)化控制選項(xiàng)
這個(gè)例子中的形狀變量使用了離散變量，使用默認(rèn)的優(yōu)化算法時(shí)形狀變量可能會(huì)不起作用，這時(shí)需要加一個(gè)優(yōu)化控制選項(xiàng)：
04優(yōu)化結(jié)果中由形狀變量導(dǎo)致的形狀改變
05優(yōu)化結(jié)果中由自由形狀變量導(dǎo)致的形狀改變
文章來源：Altair官方技術(shù)論壇
展開 形狀優(yōu)化一般分為基于幾何參數(shù)的形狀優(yōu)化、基于形狀基礎(chǔ)向量的形狀優(yōu)化、非參數(shù)形狀優(yōu)化三種。基于幾何參數(shù)的形狀優(yōu)化幾何參數(shù)的修改和CAD幾何相關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)變量為半徑、長(zhǎng)度、角度等參數(shù)，且每次迭代后需要重新劃分網(wǎng)格，其優(yōu)化結(jié)果依賴于設(shè)計(jì)變量的選擇數(shù)；基于形狀基礎(chǔ)向量的形狀優(yōu)化，有限元模型參數(shù)使用基礎(chǔ)形狀，需要優(yōu)化系統(tǒng)找出用戶定義基礎(chǔ)形狀的最優(yōu)組合；而非參數(shù)形狀優(yōu)化需要每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以從臨近節(jié)點(diǎn)處獨(dú)自移動(dòng)，網(wǎng)格平滑算法確保網(wǎng)格質(zhì)量，沒必要使用敏度分析，優(yōu)化可以使用標(biāo)準(zhǔn)的有限元求解器。
基于幾何參數(shù)的形狀優(yōu)化示意圖及流程見圖1、圖2：
其對(duì)設(shè)計(jì)變量選擇性的依賴性可以從下述實(shí)例中看出：
基于形狀基礎(chǔ)向量的形狀優(yōu)化的示意圖及流程如圖4、圖5所示：
下以一實(shí)例圖6來說明參數(shù)形狀優(yōu)化：
非參數(shù)形狀優(yōu)化示意圖及流程如圖7、圖8所示：
下以一實(shí)例圖9來說明非參數(shù)形狀優(yōu)化：
從以上可以看出，使用非參數(shù)形狀優(yōu)化，對(duì)于設(shè)計(jì)變量有較低限制，效率高；而使用基于基于幾何參數(shù)的形狀優(yōu)化、基于形狀基礎(chǔ)向量的形狀優(yōu)化對(duì)設(shè)計(jì)變量有較高限制，且效率不高。如下圖10所示：
使用基于TOSCA軟件的參數(shù)優(yōu)化，可以得到更好的優(yōu)化結(jié)果，應(yīng)力幅大幅降低，迭代次數(shù)更少，如下圖11所示：
形狀優(yōu)化種類對(duì)比.pdf
展開 通過幾何建模，可以使可變形狀得到合理的描述，可方便地控制優(yōu)化邊界單元的密度和重劃分，同時(shí)可減少形狀設(shè)計(jì)變量數(shù)目。
(2) 形狀敏度分析
形狀優(yōu)化的算法大都需要獲得結(jié)構(gòu)狀態(tài)響應(yīng)對(duì)形狀設(shè)計(jì)變量的導(dǎo)數(shù)信息，這就需要進(jìn)行形狀敏度分析。它涉及到單元?jiǎng)偠染仃嚺c設(shè)計(jì)變量之間的復(fù)雜非線性關(guān)系，因而其敏度分析及計(jì)算相對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化來說要困難得多，并且計(jì)算量也要大得多。形狀敏度分析直接影響結(jié)構(gòu)狀態(tài)響應(yīng)對(duì)形狀設(shè)計(jì)變量導(dǎo)數(shù)的數(shù)值計(jì)算精度和計(jì)算效率，而形狀優(yōu)化敏度分析的計(jì)算量往往要占到整個(gè)優(yōu)化過程的一半。因此，提高形狀優(yōu)化敏度分析的計(jì)算效率和計(jì)算精度有著重要意義。
(3) 有限元網(wǎng)格自動(dòng)重劃分
形狀優(yōu)化迭代過程中，由于設(shè)計(jì)變量的變化，引起邊界形狀的相應(yīng)變化，從而不可避免地引起已劃分好的有限元網(wǎng)格也發(fā)生變化。如果此時(shí)仍然維持原網(wǎng)格的劃分方案不變，必然會(huì)使網(wǎng)格發(fā)生畸變，甚至導(dǎo)致不合法的網(wǎng)格。因此在形狀優(yōu)化過程中，有限元網(wǎng)格自動(dòng)重劃分是必不可少的。
(4) 形狀優(yōu)化算法
采用何種優(yōu)化算法來對(duì)形狀設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化搜索，將直接影響到形狀優(yōu)化的效率。通常優(yōu)化數(shù)值算法有可行方向法、序列線性規(guī)劃法、序列二次規(guī)劃法、罰函數(shù)法、優(yōu)化準(zhǔn)則法等。可行方向法求解形狀優(yōu)化問題是在每次優(yōu)化搜索過程中，使用梯度信息尋求一個(gè)可行的并且是下降的方向，然后沿該方向作一維搜索，確定合適的搜索步長(zhǎng)，獲得下一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)。這一方法的特點(diǎn)是，每一個(gè)新的設(shè)計(jì)點(diǎn)均是可行設(shè)計(jì)點(diǎn)，并且優(yōu)于前一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)，因而特別適合于工程優(yōu)化問題;序列線性規(guī)劃和序列二次規(guī)劃法則是分別將原問題轉(zhuǎn)化為一系列線性規(guī)劃或二次規(guī)劃問題來求解，而線性規(guī)劃和二次規(guī)劃的算法是相當(dāng)成熟的。
(5) 形狀優(yōu)化軟件
開發(fā)形狀優(yōu)化軟件除了需要解決前述的4個(gè)關(guān)鍵問題外，還要使整個(gè)過程完全自動(dòng)化。
展開 
形狀優(yōu)化的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
形狀優(yōu)化的最新內(nèi)容
通常的流程是先進(jìn)行柔度拓?fù)鋬?yōu)化得到概念構(gòu)型，再進(jìn)行尺寸和形狀優(yōu)化來細(xì)化并校核應(yīng)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(jìn)的拓?fù)鋬?yōu)化軟件可以添加拔模方向、對(duì)稱性、最小尺寸等制造約束。
四、總結(jié)
基于多工況加權(quán)柔度響應(yīng)的拓?fù)鋬?yōu)化是汽車控制臂輕量化設(shè)計(jì)的強(qiáng)大工具。
3.優(yōu)化能力：用戶可以在 Lumerical 中方便地定義自定義參數(shù)化模型，并結(jié)合整個(gè)系統(tǒng)的性能對(duì)光柵形狀進(jìn)行優(yōu)化。
4.光柵結(jié)構(gòu)的導(dǎo)入與導(dǎo)出：該工作流程支持以 STEP、STL 和 GDS II 文件格式對(duì)光柵幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入與導(dǎo)出。
5.空間變化：用戶可以定義光柵參數(shù)在光柵不同位置處的變化方式。
要優(yōu)化的模型是PMMA 導(dǎo)光管，6個(gè)變量控制著導(dǎo)光管的形狀，優(yōu)化評(píng)價(jià)函數(shù)是當(dāng)前照度和理想照度之差，通過用戶自定義腳本設(shè)定。
摘要
多晶塑性任意復(fù)雜網(wǎng)格周期性邊界的施加3個(gè)月前
其基本做法是將對(duì)邊位移連續(xù)性從“節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)”提升為“點(diǎn)對(duì)面/面到面”的映射關(guān)系：對(duì)邊某一點(diǎn)的位移可以由另一側(cè)面上相鄰單元的插值來表示，從而建立周期性約束，這帶來的價(jià)值非常直接：
不犧牲網(wǎng)格質(zhì)量：可以在需要的區(qū)域加密、在晶界處優(yōu)化單元形狀，而無需為了配對(duì)去遷就對(duì)邊節(jié)點(diǎn)；
適配真實(shí)復(fù)雜幾何：晶粒邊界、第二相形狀、孔洞等可以更自然地離散，減少“鋸齒邊界”帶來的假象；
提升建模效率：無需反復(fù)調(diào)網(wǎng)格去滿足周期配對(duì)
通過拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化或形狀優(yōu)化，在保證強(qiáng)度與剛度滿足要求的前提下，減少材料使用，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)。此外，振動(dòng)特性的分析結(jié)果有助于避免共振，確保輕量化后的機(jī)械手臂在高速運(yùn)動(dòng)中仍具備良好的動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)定性。
從概念設(shè)計(jì)階段的拓?fù)鋬?yōu)化，到詳細(xì)設(shè)計(jì)的形狀、尺寸優(yōu)化，再到復(fù)合材料的鋪層優(yōu)化，它將線性/非線性分析、多物理場(chǎng)耦合等功能無縫集成，讓工程師在一個(gè)平臺(tái)上就能完成從方案探索到性能驗(yàn)證的全鏈路工作。搭載的AMSES自動(dòng)多級(jí)子結(jié)構(gòu)求解器，能快速處理百萬自由度模型，一小時(shí)內(nèi)完成數(shù)千階模態(tài)計(jì)算，將原本數(shù)月的仿真周期壓縮至數(shù)周。
航空航天領(lǐng)域的突破最能彰顯其硬核實(shí)力。
由于現(xiàn)有的零件設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效，高質(zhì)量的增材制造，Krause DiMaTec決定使用MSC Apex Generative Design軟件進(jìn)行零件幾何形狀的優(yōu)化，以開發(fā)適合增材工藝的設(shè)計(jì)。這種創(chuàng)新的優(yōu)化技術(shù)產(chǎn)生的仿生結(jié)構(gòu)在滿足零件性能需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)輕量化。通過對(duì)零件進(jìn)行徹底重新設(shè)計(jì)，最終在工程要求與良好工藝性之間取得了理想平衡。
原始零件的幾何形狀被用作優(yōu)化過程的起點(diǎn)，以定義優(yōu)化引擎將使用的設(shè)計(jì)空間。圖1中所示的原始設(shè)計(jì)（深綠色和深紅色組件）被連接在一起，形成了一個(gè)單一的設(shè)計(jì)空間。支架組件需要五個(gè)連接點(diǎn)（如圖1中橙色所示）才能安裝到飛機(jī)上。優(yōu)化設(shè)計(jì)需要滿足的一組設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)包括設(shè)計(jì)和非設(shè)計(jì)空間、連接點(diǎn)、材料特性和結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范。
這使得陣列中透鏡元件表面形狀的定義和優(yōu)化具有了極大的靈活性。下圖顯示了透鏡陣列1物體，它是由7 x 5個(gè)矩形透鏡組成的透鏡陣列，每個(gè)矩形透鏡都可以看作一個(gè)球面透鏡的矩形區(qū)域。
其它可以用于該應(yīng)用程序的物體包括透鏡陣列2物體和六邊形透鏡陣列(Hexagonal Lenslet Array)物體。
從下圖可以看出，形狀優(yōu)化后的連桿最大mises應(yīng)力降低了14%。從應(yīng)力云圖可以看出，初始結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布不均勻，連桿上部分應(yīng)力較大，下部分應(yīng)力較小。在體積不變的情況下，通過自由形狀優(yōu)化，減小了小應(yīng)力部分的直徑，增大了大應(yīng)力部分的直徑（見圖5局部放大圖），使得最大應(yīng)力減小，應(yīng)力分布更加均勻。
