hyperworks拓?fù)鋬?yōu)化的案例
基于hyperworks的發(fā)動(dòng)機(jī)支架的拓?fù)?/em>優(yōu)化
基于hyperworks的發(fā)動(dòng)機(jī)支架的拓?fù)鋬?yōu)化
基于hyperworks的發(fā)動(dòng)機(jī)支架的拓?fù)鋬?yōu)化.ppt
基于HyperWorks 的撥叉強(qiáng)度分析及拓?fù)?/em>優(yōu)化
本文基于HyperWorks 平臺(tái)對(duì)某SUV 離合器撥叉在產(chǎn)品
開發(fā)階段強(qiáng)度計(jì)算和有限元模擬，得到了零件的應(yīng)力和變形分布，并通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化對(duì)撥叉進(jìn)行
改進(jìn)，優(yōu)化后的撥叉不僅應(yīng)力大為下降，質(zhì)量也有所減輕，在設(shè)計(jì)階段就實(shí)現(xiàn)了輕量化，縮短
了該零件的開發(fā)周期，為撥叉的設(shè)計(jì)提供了很有效的方法。
鄧?yán)赺基于HyperWorks的撥叉強(qiáng)度分析及拓?fù)鋬?yōu)化.pdf
基于HyperWorks發(fā)動(dòng)機(jī)支架的拓?fù)?/em>優(yōu)化設(shè)計(jì)
文章采用變密度法進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)支架的拓?fù)鋬?yōu)化，其基本思想是引入一種假想的密度值在[0，1]之間的密度可變材料，將連續(xù)結(jié)構(gòu)體離散為有限元模型后，以每個(gè)單元的密度為設(shè)計(jì)變量 ，將結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單元材料的最優(yōu)分布問(wèn)題。
若以結(jié)構(gòu)變形能最小為目標(biāo)，考慮材料體積約束 (質(zhì)量約束)和結(jié)構(gòu)的平衡，則拓?fù)鋬?yōu)化的數(shù)學(xué)模型為［2］：
求 X = ( X1 ，X 2 ,…,X N ) T ,使得
式中，C 為結(jié)構(gòu)變形能；F 為載荷矢量；K 為剛度矩陣；D 為位移矢量；V 為結(jié)構(gòu)充滿材料的體積；V0 為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)域的體積；V1 為單元密度小于X max 的材料的體積 ；f 為剩余材料百分比；Xmin 為單元相對(duì)密度的下限；Xmax 為單元相對(duì)密度的上限。
在多工況的情況下，對(duì)各個(gè)子工況的變形能進(jìn)行加權(quán)求和，目標(biāo)函數(shù)變化為 ：
min： C = ∑W i C i
(5)
式中，W i 為第i 個(gè)子工況的加權(quán)系數(shù)，C i為第i 個(gè)子工況的變形能 。
2.2 拓?fù)鋬?yōu)化的設(shè)計(jì)流程
HyperWorks 進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)支架的拓?fù)鋬?yōu)化：首先在三維 CAD 軟件Pro/E 中建立發(fā)動(dòng)機(jī)支架的幾何模型，通過(guò)STP 格式導(dǎo)入HyperMesh，在HyperMesh 中進(jìn)行前處理，利用優(yōu)化面板定義優(yōu)化設(shè)計(jì)區(qū)域、目標(biāo)函數(shù)和約束條件，最后在 OptiStruct 中進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化迭代求解。在HyperMesh 中，具體包括：有限元模型的設(shè)置(調(diào)用OptiStruct 模板及提取文件、設(shè)置材料和幾何特性)；施加載荷和邊界條件（創(chuàng)建載荷集合器、創(chuàng)建約束、施加載荷、創(chuàng)建載荷步）；設(shè)置拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)（定義拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)空間、定義優(yōu)化的響應(yīng)、定義目標(biāo)函數(shù)和定義約束）；提交作業(yè)；查看結(jié)果。
展開 基于HyperWorks的汽車擺臂的拓?fù)?/em>優(yōu)化分析
拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)可以為設(shè)計(jì)人員提供全新的設(shè)計(jì)和最優(yōu)的材料分布方案。拓?fù)鋬?yōu)化基于概念設(shè)計(jì)的思想，作為結(jié)果的設(shè)計(jì)空間需要反饋給設(shè)計(jì)人員做適當(dāng)?shù)男薷摹Ｗ顑?yōu)設(shè)計(jì)往往比概念設(shè)計(jì)的方案重量更輕，且性能更佳。設(shè)計(jì)人員修改后的設(shè)計(jì)方案再經(jīng)過(guò)形貌與尺寸優(yōu)化后從而得到最佳設(shè)計(jì)方案。
本文主要通過(guò)Optistructs拓?fù)鋬?yōu)化功能對(duì)汽車擺臂進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu)不僅重量上大大減輕，而且可以滿足所有載荷工況的約束要求。模型如下所示：
模型
通過(guò)有限元網(wǎng)格剖分后分為可設(shè)計(jì)區(qū)域與不可設(shè)計(jì)區(qū)域，藍(lán)色為可設(shè)計(jì)區(qū)域，黃色為不可設(shè)計(jì)區(qū)域，圖形如下：
有限元模型
優(yōu)化問(wèn)題如下：
目標(biāo)：體積最小化；
約束：施加載荷的節(jié)點(diǎn)分為三個(gè)工況，工況1的合位移小于0.05mm；工況2的合位移小于0.02mm；工況3的合位移小于0.04mm。
設(shè)計(jì)變量：?jiǎn)卧芏取?/span>
展開 
運(yùn)用hyperworks進(jìn)行拓?fù)?/em>優(yōu)化經(jīng)典資料3
工程有限元與優(yōu)化分析應(yīng)用實(shí)例教程.part03.rar
工程有限元與優(yōu)化分析應(yīng)用實(shí)例教程.part01.rar
工程有限元與優(yōu)化分析應(yīng)用實(shí)例教程.part02.rar
[
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工程有限元與優(yōu)化分析應(yīng)用實(shí)例教程.part02.rar
丹麥團(tuán)隊(duì)利用HyperWorks證明拓?fù)?/em>優(yōu)化對(duì)混凝土建筑結(jié)構(gòu)的價(jià)值
結(jié)論
Unikabeton優(yōu)化項(xiàng)目的成功顯示了仿真驅(qū)動(dòng)的拓?fù)鋬?yōu)化對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的重要價(jià)值。它為模擬生物結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的形態(tài)優(yōu)化提供了方法，借此可以用最小質(zhì)量生成最佳性能的結(jié)構(gòu)。
研究小組指出，從設(shè)計(jì)中減去多余的材料能夠顯著降低與建造結(jié)構(gòu)相關(guān)的環(huán)境成本，從混凝土生產(chǎn)和運(yùn)輸方面節(jié)省能源。而且，用來(lái)制造模板的聚苯乙烯能夠以制造新模板時(shí)循環(huán)使用。
從大的方面來(lái)說(shuō)，這個(gè)項(xiàng)目標(biāo)志著建筑實(shí)踐中的一個(gè)潛在的重大轉(zhuǎn)變。“憑借建筑學(xué)歷史經(jīng)驗(yàn)的積累，非計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表明了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)主義流程，”S?ndergaard指出，“拓?fù)鋬?yōu)化實(shí)現(xiàn)了從拓?fù)?/em>學(xué)到拓?fù)?/em>設(shè)計(jì)思想的轉(zhuǎn)變，其中對(duì)經(jīng)驗(yàn)的需求轉(zhuǎn)換為對(duì)優(yōu)化先決條件的一般知識(shí)。”援引日本工程師MutsuroSasaki的話，S?ndergaard指出，優(yōu)化成就了新的結(jié)構(gòu)類型，即構(gòu)件從一個(gè)連續(xù)的整體中設(shè)計(jì)出來(lái)，摒棄了傳統(tǒng)的子分類系統(tǒng)，如梁、板和柱。
Sφndergaard說(shuō)，“HyperMesh是一個(gè)非常強(qiáng)大的有限元建模工具，能夠滿足創(chuàng)建高級(jí)設(shè)計(jì)空間模型的關(guān)鍵需求。HyperWorks是穩(wěn)健而靈活的分析工具，對(duì)于理解優(yōu)化結(jié)果的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和其可行性評(píng)估起到了很大的幫助。”
該團(tuán)隊(duì)同時(shí)使用HyperView進(jìn)行后處理，對(duì)位移和應(yīng)力進(jìn)行分析和檢查。 Sφndergaard稱他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)預(yù)見了HyperWorks在商業(yè)建筑項(xiàng)目中遠(yuǎn)大的應(yīng)用前景。
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展開 OptiStruct拓?fù)?/em>優(yōu)化在飛機(jī)零部件疊層制造中的應(yīng)用
行業(yè)：航空航天
挑戰(zhàn)：如何降低零部件的重量
Altair 解決方案：利用 OptiStruct 進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化
優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了 64%的材料 ；減少應(yīng)力的同時(shí)提升強(qiáng)度 ； 大幅度降低成本
背景介紹
金屬的疊層制造 （Additive Layer Manufacturing, ALM）是在飛機(jī)結(jié)構(gòu)研發(fā)早期 階段使用的一種零件加工的新型技術(shù)。ALM的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在生產(chǎn)部件的設(shè)計(jì)靈活性、較 低的材料浪費(fèi)、低生產(chǎn)成本等，尤其針對(duì)那些難以加工的硬質(zhì)材料。
設(shè)計(jì)靈活性使得ALM成為拓?fù)鋬?yōu)化的完美應(yīng)用。在應(yīng)用時(shí)，拓?fù)鋬?yōu)化的形狀可以 被保持，最終的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)屬性也更加接近那些優(yōu)化得到的形狀。
EADS創(chuàng)新中心在TSB的資助下，與工業(yè)界和學(xué)術(shù)界共同合作進(jìn)行AVLAM項(xiàng)目的 開發(fā)，來(lái)探索能否為航空航天業(yè)制造出優(yōu)化的ALM零件，達(dá)到技術(shù)和商業(yè)的可行性。 作為試驗(yàn)，他們使用了HyperWorks的拓?fù)鋬?yōu)化工具OptiStruct軟件，來(lái)為空客A320的 零件進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而推廣應(yīng)用于其它的航空結(jié)構(gòu)。
圖 1：空客A320 原機(jī)艙鉸鏈支架（后）優(yōu)化設(shè)計(jì)ALM制造后形狀（前）
挑戰(zhàn)
ALM 是一種新興的制造技術(shù)，它基于相對(duì)靈活的設(shè)計(jì)約束限制，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá) 到顯著降低零件重量的目標(biāo)。
ALM 制造的成本獨(dú)立于零件的復(fù)雜度，所以這是一個(gè)良性循環(huán)，即通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì) 節(jié)省了零件的材料用量，從而降低成本。
展開 基于HyperWorks的裝載機(jī)車架結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化
另外，車架優(yōu)化后最大變形由原來(lái)的 2.89mm 減小到 2.69mm，如圖 8 所示。
5 結(jié)論
本文應(yīng)用 HyperWorks 軟件對(duì)某款裝載機(jī)車架進(jìn)行了系統(tǒng)建模、分析、優(yōu)化，通過(guò)計(jì)算分析找到了原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)點(diǎn)。通過(guò)優(yōu)化分析，得到了更加合理的車架結(jié)構(gòu)。優(yōu)化結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力大幅降低，關(guān)鍵焊縫位置的應(yīng)力集中消失，大大提高了車架的可靠性。另外，優(yōu)化后車架的變形也有所 減小，說(shuō)明剛度也得到了加強(qiáng)。通過(guò)此分析項(xiàng)目，筆者充分體驗(yàn)到了HyperWorks軟件在CAE建模、分析、優(yōu)化上的強(qiáng)大功能。
展開 【HyperWorks優(yōu)化】之優(yōu)化起點(diǎn)
具體設(shè)置方法是在面板區(qū)Analysis > optimization > opti control中勾選這一項(xiàng)并輸入初始密度值：
也可以把優(yōu)化過(guò)程當(dāng)成一次普通的求解，然后使用HyperStudy進(jìn)行DOE求解，但是拓?fù)鋬?yōu)化往往有數(shù)十萬(wàn)個(gè)變量，上一種方法已經(jīng)是夠昂貴的了，這種方法計(jì)算代價(jià)還要高很多倍，不推薦，這里就不演示了。
下圖是使用不同的優(yōu)化初始密度得到的兩個(gè)優(yōu)化結(jié)果的比較。具體的影響程度取決于具體模型，要不要嘗試取決于你有多少計(jì)算資源。
當(dāng)你對(duì)優(yōu)化結(jié)果不滿意的時(shí)候可以嘗試改一下初始密度，當(dāng)然還有控制參數(shù)可以影響優(yōu)化結(jié)果，比如離散參數(shù)、制造約束等，不要在這一棵樹上吊死。
本文來(lái)源：Altair澳汰爾
展開 優(yōu)化設(shè)計(jì)之拓?fù)?/em>優(yōu)化
換句話說(shuō)，對(duì)稱條件優(yōu)先鑄造方向
設(shè)計(jì)組/非設(shè)計(jì)組
非設(shè)計(jì)組
1)邊界條件或與其他部分的連接方式已經(jīng)明確的受載荷部分，或已設(shè)計(jì)好而不需要優(yōu)化的部分
2)盡管設(shè)計(jì)組和非設(shè)計(jì)組都包括在相關(guān)的分析中，非設(shè)計(jì)組中的單元密度始終為1
3)不受制造條件影響，因?yàn)樗慌懦?em>優(yōu)化之外并被固定
小貼士：
非2D或3D單元將自動(dòng)被考慮為非設(shè)計(jì)組，即使它們被包含在設(shè)計(jì)組。
當(dāng)在優(yōu)化設(shè)計(jì)的后處理中創(chuàng)建分析模型時(shí)，它們將不會(huì)被作為非設(shè)計(jì)組并可能不包含在已自動(dòng)重新生成的模型當(dāng)中
拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題的類型組成
midas NFX拓?fù)鋬?yōu)化支持線性靜力、模態(tài)、頻率響應(yīng)
分析流程
應(yīng)用案例：
NFX拓?fù)鋬?yōu)化支持3D單元和2D單元拓?fù)鋬?yōu)化
吊鉤是起重機(jī)中常用的取物裝置，試通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化分析，獲得能夠降低材料成本的最佳設(shè)計(jì)
前處理：
第一步：幾何導(dǎo)入（此處忽略）
第二步：材料定義（此處忽略）
第三步：?jiǎn)卧匦远x（此處忽略）
第四步：網(wǎng)格劃分
第五步：邊界條件定義
第六步：荷載定義
分析工況定義
運(yùn)行分析
后處理（結(jié)果查看）
展開 
結(jié)構(gòu)優(yōu)化從入門到精通-拓?fù)?/em>優(yōu)化簡(jiǎn)介
</p><p>以上結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題是一種通俗說(shuō)明，如何從優(yōu)化專業(yè)的角度來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題呢？</p><h2>推薦大家使用<strong>DRCO</strong>的方法：</h2><p><strong>D</strong>(Design Variables)-設(shè)計(jì)變量，也就是意圖改變的結(jié)構(gòu)區(qū)域或者參數(shù)等。</p><p><strong>R</strong>(Responses)-優(yōu)化響應(yīng)，關(guān)注的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，如重量，體積，載荷工況下的位移和應(yīng)力，疲勞壽命，振動(dòng)頻率等。</p><p><strong>C</strong>(Constraints)-優(yōu)化約束，約束是對(duì)優(yōu)化響應(yīng)的約束，即控制關(guān)注的某些結(jié)構(gòu)性能參數(shù)在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，例如位移小于0.7mm。</p><p><strong>O</strong>(Objective)-優(yōu)化目標(biāo)，即最大化（最小化）關(guān)注的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，例如重量最小。</p><p>下面演示C型夾結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化DRCO在HyperWorks最新版本中的定義流程。模型導(dǎo)入到HyperWorks中后，需要熟悉有限元模型，首先檢查模型的載荷邊界條件，其次查看優(yōu)化區(qū)域的單元類型。本案例是一個(gè)用2D單元（PShell屬性）建立的有限元靜力學(xué)模型。</p><p>拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的查看在HyperView中進(jìn)行，HyperView中有專門針對(duì)仿真優(yōu)化結(jié)果展示和可視化的模塊，對(duì)于強(qiáng)度耐久分析結(jié)果，該模塊將提供豐富的結(jié)果展示功能，包括圖表、動(dòng)畫、云圖等，幫助用戶更好地理解和解釋疲勞分析的結(jié)果，并支持結(jié)果的導(dǎo)出和共享。對(duì)于拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，該模塊提供針對(duì)性的拓?fù)鋬?yōu)化動(dòng)圖展示，并支持拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的導(dǎo)出，便于設(shè)計(jì)工程師結(jié)構(gòu)重構(gòu)。
展開 拓?fù)?/em>優(yōu)化實(shí)例-輪轂的優(yōu)化 ￥19.89
拓?fù)鋬?yōu)化實(shí)例-輪轂的優(yōu)化
ANSYS Workbench的新版本集成了topology optimization模塊，為用戶的拓?fù)鋬?yōu)化提供的很好的應(yīng)用。
通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化topology optimization模塊的使用可以對(duì)拓?fù)?/em>有較好的理解，該模塊拓?fù)鋬?yōu)化可以簡(jiǎn)單概括為一句話：如何在合適的位置去除確定的材料使用量，而相應(yīng)的剛度變化影響最小。
本例以汽車輪轂為例，來(lái)確定輪轂的輻條形狀。
1.建立模型
DM中可以建立1/5的輪轂?zāi)Ｐ停⒁粋€(gè)簡(jiǎn)單的三角形，由于優(yōu)化主要是去除材料，故一般建立實(shí)體模型，如圖所示
2.劃分網(wǎng)格
該模型劃分簡(jiǎn)單，直接劃分成為相應(yīng)的六面體，最好設(shè)置為單層網(wǎng)格，否則在厚度方向也會(huì)設(shè)置相應(yīng)的優(yōu)化
3.設(shè)置求解
拓?fù)鋬?yōu)化分析需要有結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，將結(jié)果讀取到拓?fù)鋬?yōu)化，進(jìn)而設(shè)定相應(yīng)的材料去除百分比，進(jìn)行優(yōu)化。
該分析先進(jìn)行靜力學(xué)分析，采用對(duì)稱設(shè)置，內(nèi)圓固定，外圓施加載荷1Mpa。靜力學(xué)結(jié)果如果所示
后面設(shè)置拓?fù)鋬?yōu)化，主要設(shè)置為優(yōu)化的物體、優(yōu)化的目標(biāo)、優(yōu)化約束，設(shè)置材料保留的百分比，計(jì)算即可
4. 結(jié)果
提取結(jié)果，可以查看最后的優(yōu)化形狀
5.將結(jié)果提取到spaceclaim，然后整理后重新結(jié)算結(jié)構(gòu)來(lái)驗(yàn)證結(jié)果，擴(kuò)展顯示如下所示，和實(shí)際輪轂圖片對(duì)比可見拓?fù)?/em>相似性很高
另外，網(wǎng)格劃分的密度影響結(jié)果，邊界條件的施加同樣影響結(jié)果，所以需要綜合考慮網(wǎng)格密度，施加受力位置等因素
以下為workbench 的計(jì)算源文件，包含三個(gè)分析，供參考
展開 【HyperWorks優(yōu)化實(shí)例向?qū)А恐杂尚螤?em>優(yōu)化
新的一年已經(jīng)到來(lái)，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：
https://nas.altair.com.cn:5001/sharing/kPMjKGJXX
（建議在電腦端用chrome瀏覽器下載）
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(lái)說(shuō)，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(wèn)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)。
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拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化算例
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