形狀優(yōu)化的案例
基于optistruct的支架形狀優(yōu)化與自由形狀優(yōu)化 ￥30
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。凡購買本案例的朋友針對收費(fèi)內(nèi)容部分有疑問，可以一起交流。
展開 【HyperWorks優(yōu)化實例向?qū)А恐杂?em>形狀優(yōu)化
新的一年已經(jīng)到來，今天給大家分享一個輕松一點(diǎn)的話題——自由形狀優(yōu)化。其余五種優(yōu)化類型今年會在“HyperWorks優(yōu)化實例向?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~
本文模型主要使用如下圖所示簡單模型：
大家可以先下載模型跟著教程一步一步操作體驗。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)化的時候需要事先創(chuàng)建形狀變量，優(yōu)化算法的優(yōu)化對象就是每個形狀變量的系數(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)圈和紅圈之間某個位置的一個圓。自由形狀優(yōu)化的每個節(jié)點(diǎn)都可以隨意運(yùn)動。
打個比方，形狀優(yōu)化就像計劃經(jīng)濟(jì)，自由形狀優(yōu)化就像市場經(jīng)濟(jì)。
自由形狀優(yōu)化最常用的場景是解決應(yīng)力集中問題，當(dāng)然，也可以用于別的場合。
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，但是計算量也會隨之大幅度增加，而且 vertex morphing 方法目前還是 beta 版本，使用時需謹(jǐn)慎。
對于2D單元：
classic 方法中的變量只能是自由邊上的節(jié)點(diǎn)。
展開 【HyperWorks優(yōu)化實例向?qū)А恐杂?em>形狀優(yōu)化
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
計劃和市場都是調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)的手段，計劃經(jīng)濟(jì)中可以有市場，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)化也是可以同時使用的。
同時創(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）又希望同時進(jìn)行變形形狀的優(yōu)化?？梢酝瑫r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
形狀變量僅僅是為了改變半徑件的厚度。形狀變量請參考：
03優(yōu)化控制選項
這個例子中的形狀變量使用了離散變量，使用默認(rèn)的優(yōu)化算法時形狀變量可能會不起作用，這時需要加一個優(yōu)化控制選項：
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)化種類對比
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)計變量為半徑、長度、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)化需要每個節(jié)點(diǎn)可以從臨近節(jié)點(diǎn)處獨(dú)自移動，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：
其對設(shè)計變量選擇性的依賴性可以從下述實例中看出：
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，對于設(shè)計變量有較低限制，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)化對設(shè)計變量有較高限制，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)化種類對比.pdf
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基于參數(shù)化幾何建模的SiPESC形狀優(yōu)化
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，同時可減少形狀設(shè)計變量數(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)對形狀設(shè)計變量的導(dǎo)數(shù)信息，這就需要進(jìn)行形狀敏度分析。它涉及到單元剛度矩陣與設(shè)計變量之間的復(fù)雜非線性關(guān)系，因而其敏度分析及計算相對結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化來說要困難得多，并且計算量也要大得多。形狀敏度分析直接影響結(jié)構(gòu)狀態(tài)響應(yīng)對形狀設(shè)計變量導(dǎo)數(shù)的數(shù)值計算精度和計算效率，而形狀優(yōu)化敏度分析的計算量往往要占到整個優(yōu)化過程的一半。因此，提高形狀優(yōu)化敏度分析的計算效率和計算精度有著重要意義。
(3) 有限元網(wǎng)格自動重劃分
形狀優(yōu)化迭代過程中，由于設(shè)計變量的變化，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。如果此時仍然維持原網(wǎng)格的劃分方案不變，必然會使網(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)化算法來對形狀設(shè)計變量進(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?？尚蟹较蚍ㄇ蠼?em>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，獲得下一個設(shè)計點(diǎn)。這一方法的特點(diǎn)是，每一個新的設(shè)計點(diǎn)均是可行設(shè)計點(diǎn)，并且優(yōu)于前一個設(shè)計點(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個關(guān)鍵問題外，還要使整個過程完全自動化。
展開 淺析結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法：拓?fù)洹?em>形狀、形貌、自由尺寸、尺寸
拓?fù)?em>優(yōu)化：拓?fù)?em>優(yōu)化是一種在設(shè)計中尋找最佳材料分布的方法。
它通過改變材料在結(jié)構(gòu)中的分布，以最小化結(jié)構(gòu)的質(zhì)量（或體積分?jǐn)?shù)）并滿足特定的性能要求。在汽車輕量化中，拓?fù)?em>優(yōu)化可以用來確定哪些部分需要加強(qiáng)，哪些部分可以減輕以降低整體重量，同時保持結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。
形狀優(yōu)化：形狀優(yōu)化關(guān)注的是在給定的幾何形狀內(nèi)，調(diào)整結(jié)構(gòu)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(jìn)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(shè)計相關(guān)，它著重于調(diào)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(shè)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(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(shè)計，以滿足復(fù)雜的性能目標(biāo)。
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(qiáng)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(shè)計更輕、更緊湊的零部件。
拓?fù)?em>優(yōu)化通常是優(yōu)化的第一個階段，因為它確定了結(jié)構(gòu)中哪些部分需要被優(yōu)化。形狀優(yōu)化通常在拓?fù)?em>優(yōu)化之后進(jìn)行。拓?fù)?em>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(nèi)進(jìn)行形狀的調(diào)整。形貌優(yōu)化通常是在形狀優(yōu)化之后進(jìn)行的。
形狀優(yōu)化確定了結(jié)構(gòu)的內(nèi)部幾何形狀，而形貌優(yōu)化則在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行外部形貌的調(diào)整。尺寸優(yōu)化可以在拓?fù)?em>優(yōu)化和形狀優(yōu)化這兩個階段之間或之后進(jìn)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(jìn)行。
展開 用無梯度仿生技術(shù)對疊層復(fù)合材料方板開孔形狀優(yōu)化
用無梯度仿生技術(shù)對疊層復(fù)合材料方板開孔形狀優(yōu)化
劉毅 金峰
清華大學(xué)水利水電工程系
摘要:為了改善疊層復(fù)合材料方板孔周應(yīng)力分布,采用一種無梯度仿生技術(shù)——固定網(wǎng)格漸進(jìn)優(yōu)化方法，建立了等限制Tsai-Hill準(zhǔn)則——即使孔周的限制Tsail-Hill值更加均勻，來求解切孔形狀優(yōu)化問題。用各向同性材料方板在二軸拉力荷載下單孔形狀優(yōu)化的例子驗證了方法的正確性。研究了按照[+/-45度/0度/90度]對稱擱置的碳纖維/環(huán)氧樹脂材料準(zhǔn)各向同性疊層復(fù)合材料方板受單位和拉減荷載的例子。優(yōu)化后的控形在Tsail-Hill強(qiáng)度值的均勻度上比正方形開孔有了顯著的改善，計算結(jié)果比傳統(tǒng)的漸進(jìn)優(yōu)化方法更精確和更光滑。
關(guān)鍵詞：疊層復(fù)合材料，固定網(wǎng)格，漸進(jìn)優(yōu)化方法，形狀優(yōu)化
內(nèi)容簡介：
1 基于等限制Tsail-Hill值準(zhǔn)則的FG ESO方法
2 本文方法驗證
3 準(zhǔn)各向同性層合方板開孔形狀優(yōu)化
3.1 工況 1
3.2 工況 2
4 總結(jié)
用無梯度仿生技術(shù)對疊層復(fù)合材料方板開孔形狀優(yōu)化.pdf
展開 借助 COMSOL “優(yōu)化模塊”獲取工程設(shè)計的最優(yōu)形狀
設(shè)計新的結(jié)構(gòu)時，你是否曾經(jīng)對如何獲得最優(yōu)形狀感到迷茫？如果是這樣，那么你一定會樂意學(xué)習(xí)一種非常有用的稱為“形狀優(yōu)化”的技術(shù)，擁有了這項技術(shù)，你的 COMSOL Multiphysics 建模技能就又提高了一步。今天我們將探討形狀優(yōu)化的概念，并借助一個典型案例來演示其用法。
形狀優(yōu)化的背景
工程師、研究人員和科研人員們一直在努力改進(jìn)設(shè)計。優(yōu)化是指這樣一種理念，即改變零件尺寸和材料屬性等模型輸入數(shù)據(jù)，實現(xiàn)某些指標(biāo)的提升，同時還滿足一組約束條件。COMSOL Multiphysics 中的優(yōu)化模塊是處理此類問題的得力工具。
尺寸優(yōu)化是其中一種比較常見的優(yōu)化技巧。這個方法要求直接更改 CAD 尺寸，實現(xiàn)質(zhì)量最小化，可參考我們的支架的優(yōu)化教程。在這個支架示例中，我們利用所謂的無梯度技術(shù)調(diào)整尺寸，同時還考慮了以下約束：尺寸間關(guān)系、峰值應(yīng)力以及最低固有特征頻率。這些技術(shù)會根據(jù)不同的目標(biāo)函數(shù)和約束類型采用不同的處理方法，因此相當(dāng)靈活。不過，這些技術(shù)有一個缺點(diǎn)：必須不斷地對零件重新剖分網(wǎng)格，從而使設(shè)計變量從數(shù)值上逼近目標(biāo)函數(shù)和約束的靈敏度。
如我們在以前的一篇文章中討論的，在使用變形幾何接口時，如果幾何發(fā)生變化，那么也可以通過分析計算設(shè)計靈敏度。進(jìn)一步來講，基于梯度的求解器無需重新剖分網(wǎng)格，即利用靈敏度優(yōu)化零件的尺寸，這是我們在設(shè)計電容器一文中重點(diǎn)討論的內(nèi)容?；仡櫼陨蟽善恼掠兄诶斫馕覀兘裉煲褂玫墓δ堋?形狀優(yōu)化是對以前討論的相關(guān)概念的一個延伸，其中不僅考慮了簡單的尺寸更改，還涉及到形狀的總體改變。結(jié)構(gòu)的形狀受控于一組設(shè)計參數(shù)，這些參數(shù)使用了一組能描述任意形狀的基函數(shù)。在下文中，我們將結(jié)合具體案例進(jìn)行探討。
展開 案例分享︱復(fù)雜仿真應(yīng)用定制——ccxShapeOpt結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化APP
01 什么是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計？
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 (optimumstructural design)在給定約束條件下（如結(jié)構(gòu)體積、固有頻率），按某種目標(biāo)函數(shù)(如結(jié)構(gòu)剛度最大、質(zhì)量最低)求出最好的設(shè)計方案，如以結(jié)構(gòu)的重量最小為目標(biāo)，則稱為最小重量設(shè)計。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化按照改變結(jié)構(gòu)原始狀態(tài)的程度分為：結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化、結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化、結(jié)構(gòu)拓?fù)?em>優(yōu)化。
1.結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化
根據(jù)給定的設(shè)計目標(biāo)和約束，確定結(jié)構(gòu)參數(shù)的具體值的優(yōu)化設(shè)計方法。例如，在給定的固有頻率和最大位移的條件下，優(yōu)化車門的厚度這一結(jié)構(gòu)參數(shù)達(dá)到重量最輕的目標(biāo)。
2.結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化
根據(jù)給定的性能指標(biāo)和約束條件，確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的邊界形狀或者內(nèi)部幾何形狀的設(shè)計方法。
3. 結(jié)構(gòu)拓?fù)?em>優(yōu)化
在固定的優(yōu)化設(shè)計空間內(nèi)，找到滿足各種性能條件的最佳材料分布。一般用于產(chǎn)品概念設(shè)計階段。
圖1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分類【1】
本文關(guān)注結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化。形狀優(yōu)化一般用于產(chǎn)品設(shè)計的中后期，即產(chǎn)品大體輪廓已經(jīng)確定，只需進(jìn)行較小的改動【2】。本文采用的自由形狀優(yōu)化技術(shù)是一種基于網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)自由變形的技術(shù)，該技術(shù)基于目標(biāo)函數(shù)對設(shè)計域網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的靈敏度分析以及每次迭代的移動控制策略，能夠自動地改變設(shè)計域的網(wǎng)格坐標(biāo)，省去了設(shè)計人員手動對單元網(wǎng)格進(jìn)行變形的步驟，設(shè)計人員只需要在結(jié)構(gòu)上選擇節(jié)點(diǎn)集合再設(shè)定好移動控制參數(shù)即可等待優(yōu)化結(jié)果報告。
02 ccxShapeOpt結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化APP
CalculiX是一個對標(biāo)著名非線性結(jié)構(gòu)分析商軟ABAQUS的免費(fèi)、開源的3D結(jié)構(gòu)非線性分析程序【3】。
展開 基于optistruct形狀優(yōu)化案例-2 ￥5
形狀優(yōu)化案例免費(fèi)分享，從一個簡單懸臂梁的形狀優(yōu)化學(xué)習(xí)如何在optistruct中做形狀優(yōu)化。再次申明本案例僅用于學(xué)習(xí)交流，不用于營利！寫帖子也挺辛苦的，下載本案例的朋友請主動點(diǎn)關(guān)注，謝謝！
約束及加載條件
約束：懸臂梁左端完全固定，約束6個自由度；
加載：最右端的最上端處施加100N的力。
形狀優(yōu)化
1、設(shè)計目標(biāo)：總的體積最小。
2、設(shè)計約束：最右端的最下端節(jié)點(diǎn)的位移不超過3mm。
3、設(shè)計變量：shape1、shape2。
設(shè)計變量查看方法：optizimation/shape/animate/linear便可查看各個形狀變量。
優(yōu)化結(jié)果
優(yōu)化前位移云圖
優(yōu)化后位移云圖
優(yōu)化前形狀
優(yōu)化后形狀
freeshape-xuanbiliang.zip
展開 天線和射頻器件的無參數(shù)形狀優(yōu)化技術(shù)
“如何獲得最優(yōu)形狀？”每一位工程師都會產(chǎn)生這樣的疑問，形狀優(yōu)化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，尺寸優(yōu)化是目前比較常見的優(yōu)化技巧，形狀優(yōu)化是尺寸優(yōu)化的延伸，不僅需要考慮尺寸更改，還涉及到形狀的總體改變。結(jié)構(gòu)的形狀受控于一組設(shè)計參數(shù)，參數(shù)的計算是一個繁瑣的流程。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);"> 為了探索形狀優(yōu)化的最優(yōu)解，達(dá)索2024探索之旅第二季系列會議“天線和射頻器件的無參數(shù)形狀優(yōu)化技術(shù)”將為大家介紹形狀優(yōu)化新技術(shù)：無參數(shù)形狀優(yōu)化，2024年7月12日線上直播，</span><strong style="color: rgb(0, 86, 134);">了解電磁仿真新技術(shù)，學(xué)習(xí)如何進(jìn)行無參數(shù)形狀優(yōu)化，下滑免費(fèi)預(yù)約本場研討會！</strong><span style="color: rgba(0, 0, 0, 0.9);"> </span></p><h2 class="ql-align-center"><strong>研討會主題介紹</strong></h2><p><strong style="color: rgb(0, 86, 134);"> 7月12日下午14:00，</strong><span style="color: rgb(0, 0, 0);">達(dá)索系統(tǒng)特別邀請達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA品牌電磁技術(shù)顧問馬斌為您帶來“天線和射頻器件的無參數(shù)形狀優(yōu)化技術(shù)”線上研討會，無參數(shù)優(yōu)化技術(shù)是達(dá)索系統(tǒng)結(jié)合其自身優(yōu)勢，跨學(xué)科聯(lián)合CST和Tosca開發(fā)的一項有趣且實用的功能。它使工程師優(yōu)化結(jié)構(gòu)時脫離復(fù)雜公式的約束，.探索結(jié)構(gòu)形狀的更多維度變化帶來的電磁結(jié)果影響，本次會議將介紹其在天線和射頻器件方面的應(yīng)用。
展開 
TOSCA ANSA環(huán)境下的形狀優(yōu)化
TOSCA ANSA環(huán)境下的形狀優(yōu)化
形狀優(yōu)化允許對現(xiàn)有設(shè)計的特定細(xì)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。通過形狀優(yōu)化一個給定模型的表面幾何形狀被自動修改，從而避免材料失效和提高耐用性或舒適性。
什么是形狀優(yōu)化？
形狀優(yōu)化主要用于在設(shè)計過程結(jié)束時，組件的總體布局或多或少已經(jīng)固定，只有輕微的變化和改進(jìn)是允許的。通常，目標(biāo)函數(shù)為最小化應(yīng)力集中。根據(jù)應(yīng)力分析的結(jié)果，對一個組件的表面幾何進(jìn)行修改，直到所需的應(yīng)力水平為止。這個過程通常是通過嘗試和修改手動進(jìn)行。
Tosca Structure.shape讓這個改進(jìn)過程實現(xiàn)自動化。一個給定的有限元模型的表面幾何形狀是根據(jù)有限元分析結(jié)果反復(fù)修改，使得需要優(yōu)化的目標(biāo)就達(dá)到了。初始模型是取自現(xiàn)有的設(shè)計，應(yīng)該被改進(jìn)的，或是之前的拓?fù)?em>優(yōu)化。
Tosca Structure.shape可以實現(xiàn)以下任務(wù)：
?最小化等效應(yīng)力
?最大化選定的固有頻率
?指定的體積約束
?指定用于鑄造，鍛造，沖壓，擠壓和表面鉆型制造業(yè)的約束
?最小和最大部件的尺寸
?對稱約束
?指定通過FE-網(wǎng)格設(shè)計領(lǐng)域的約束
?調(diào)整網(wǎng)格和網(wǎng)格平滑在每個周期的優(yōu)化
?附加的功能如使用耐久性的結(jié)果進(jìn)行的優(yōu)化可結(jié)合Tosca Structure. Durability
?附加的功能如采用非線性結(jié)果或為接觸區(qū)域的優(yōu)化可結(jié)合Tosca Structure.nonlinear
模型
本教程中優(yōu)化的部件是一個連桿,模型存放在TOSCA結(jié)構(gòu)的安裝目錄（<tosca_install_dir>）：<tosca_install_dir>/<solver>/examples/shape/conrod。該模型采用自動生成的四面體網(wǎng)格建立，關(guān)于XZ和YZ平面對稱。網(wǎng)格質(zhì)量（中等/差的）用?2個mm平均單元邊長。外形尺寸：180×84×24mm
具體的操作步驟附件寫的很詳細(xì)，有問題歡迎多多溝通交流，共同進(jìn)步！
展開 ABAQUS案例-ABAQUS中的形狀優(yōu)化模塊及渦輪軸的形狀優(yōu)化分析 ￥3
本案例（附件中的inp文件）講述了ABAQUS中的形狀優(yōu)化模塊，以渦輪軸的優(yōu)化分析為例演示了ABAQUS中優(yōu)化分析技巧及需要注意的問題。
Tosca GUI形狀優(yōu)化教程
形狀優(yōu)化可以對現(xiàn)有的設(shè)計進(jìn)行特定的細(xì)節(jié)改進(jìn)，通過形狀優(yōu)化給定模型的幾何表面可以被自動修改以避免造成材料失效并增加耐久性和舒適性。
1.什么是形狀優(yōu)化
形狀優(yōu)化主要通常使用在設(shè)計流程的末端，此時部件的總體設(shè)計或多或少都已經(jīng)固定，只允許進(jìn)行較小的改變和改進(jìn)。通常情況下，目標(biāo)函數(shù)是最小化應(yīng)力集中，基于應(yīng)力分析的結(jié)果對部件的幾何表面進(jìn)行修改，直到滿足應(yīng)力水平，此過程通常是通過反復(fù)試驗和試錯手動完成。
Tosca形狀優(yōu)化允許次改進(jìn)過程自動化，給定有限元模型的幾何表面根據(jù)有限元結(jié)果迭代修改，以此來滿足優(yōu)化目標(biāo)。初始模型從現(xiàn)有設(shè)計而來，其需要被修改，或者來自于之前的拓?fù)?em>優(yōu)化。
Tosca形狀優(yōu)化允許用戶執(zhí)行以下任務(wù)：
--最小化等效應(yīng)力
--最大化選擇的自然頻率
--設(shè)定體積約束
--用于鑄造、鍛造、沖壓、擠壓和鉆孔的表面制造約束
--最小化和最大化構(gòu)建尺寸
--對稱約束
--通過有限元網(wǎng)格指定設(shè)計域約束
--在每個優(yōu)化循環(huán)中進(jìn)行網(wǎng)格調(diào)整和網(wǎng)格光滑
--通過Tosca結(jié)構(gòu)耐久性可以在優(yōu)化是使用耐久性結(jié)果
--通過Tosca結(jié)構(gòu)非線性在優(yōu)化時可以使用非線性計算結(jié)果或者對接觸區(qū)域優(yōu)化。
2.模型
本教程中優(yōu)化的部件是一個連桿，可以再Tosca安裝目錄下找到次文件：安裝目錄/求解器/例子/形狀/conrod，創(chuàng)建的模型帶有自動生成的四面體網(wǎng)格，并關(guān)于XZ和YZ片平面對稱。網(wǎng)格質(zhì)量中等偏差，基本單元尺寸2mm。外形尺寸：180 x 84 x 24mm。允許設(shè)計和網(wǎng)格光滑的區(qū)域如下圖48所示。
加載點(diǎn)通過MPCs耦合到連桿安裝孔內(nèi)部，大眼內(nèi)的節(jié)點(diǎn)和內(nèi)半徑出的節(jié)點(diǎn)（曲軸承軸）在坐標(biāo)系的三個方向完全約束。
展開 發(fā)動機(jī)缸體缸蓋的快速形狀及拓?fù)?em>優(yōu)化
此外，客戶希望同時進(jìn)行形狀優(yōu)化和拓?fù)?em>優(yōu)化，以提高材料利用率。同時，可以針對缸體上的筋作進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計和拓?fù)?em>優(yōu)化，實現(xiàn)動力總成的剛度和彎曲模態(tài)的優(yōu)化方案。
解決方案
由于時間至關(guān)重要，DEP團(tuán)隊采用了“極簡設(shè)計方法”應(yīng)用于該項目。極簡設(shè)計方法包括將設(shè)計更改盡可能減少，同時需要驗證工藝制造可行性。
形狀優(yōu)化：
形狀優(yōu)化包括以下步驟：
對初始輸入模型進(jìn)行NVH，疲勞分析；
利用Meshworks建立參數(shù)化模型，獲取最優(yōu)的重量以及和初始方案一致的性能；
經(jīng)過和制造團(tuán)隊的討論，得到可行的設(shè)計修改空間；例如，合理的壁厚，翻邊厚度，筋的厚度，凸臺高度等；
將參數(shù)化的變量值修改為合理范圍，以達(dá)到所有的目標(biāo)值；
所有的分析如下：
缸體疲勞分析；
缸孔變形分析；
NVH分析 – 動力總成彎曲模態(tài)，偏移，以及附件加速度和噪聲分析。
拓?fù)?em>優(yōu)化
用MeshWorks快捷的在缸體上直接增加筋或刪除筋，以及創(chuàng)建包絡(luò)拓?fù)淇臻g
CAD-Morpher
可以依據(jù)網(wǎng)格的變形結(jié)果，將原始CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行100%的變形，這個結(jié)果是可以直接導(dǎo)出為CAD軟件可識別的格式，例如parasolid格式。
結(jié)果
重量降低10%，同時各項性能指標(biāo)全部滿足設(shè)計要求。
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