沖壓成型形貌優化的案例
技術鄰學院丨HyperWorks資料合集！你能想到的這里都有！
視頻課程
Hyperworks流體動力學CFD優化
課程說明：Altair涵蓋了CFD分析從前處理、求解、后處理和優化的一整套流程。本課程介紹了從初始時設計到網格變現、優化以及優化后的設計的優化流程，更有軟件模型實操，感受更加直觀。
Optistruct螺栓預緊力
課程說明：螺栓預緊力就是在擰螺栓過程中擰緊力矩作用下的螺栓與被聯接件之間產生的沿螺栓軸心方向的預緊力。對于一個特定的螺栓而言，起預緊力的大小與螺栓的擰緊力矩、螺栓與螺母之間的摩擦力、螺母與被聯之間的摩擦力。
基于Hypermesh與Nastran的模態分析
課程說明：這個課程包含了一個章節，主要講解的是基于Hypermesh與Nastran的模態分析，別看我很簡短，但是我內容很豐富，濃縮的都是精華！
基于Optistruct的沖壓成型板的形貌優化設計?
課程說明：本課程主要講解的是基于Optistruct的沖壓成型板的形貌優化設計，不到一杯奶茶錢就可以學習到沖壓成型板的形貌優化設計，有需求的同學千萬別錯過哦！
Hyperworks制造仿真解決方案
課程說明：課程主要講解Hyperworks制造仿真解決方案，在解決方案中的擠壓工藝仿真、沖壓工藝仿真，解決的過程、面臨的挑戰等等內容一應俱全，可以說是十分的具體了。
基于Optistruct的結構形狀優化設計
課程說明：本課程一共有兩個章節，主要是基于Optistruct的沖壓成型板的形貌優化設計，不到一杯奶茶錢就可以學習到沖壓成型板的形貌優化設計，有需求的同學千萬別錯過哦！
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。
汽車沖壓件加工采用熱沖壓成型技術的優勢
一些汽車沖壓件加工工藝，可以是冷沖壓也可以采用熱沖壓。。熱沖壓成形是新興的、較為先進的、專門應用于汽車行業及航空行業的沖壓技術，下面我們就來看下在汽車行業熱沖壓成型與冷沖壓成形相比較，具體有哪幾方面的優勢。優勢如下：
1. 能提高車型的碰撞性能；
2. 實現更大程度的車身輕量化；
3. 減小油耗和二氧化碳的排放；
4. 零件成形性相對較好；
5. 零件的尺寸精度好；
6. 車身結構設計簡單，加強板數量有效減少；
7. 降低了壓力機的噸位要求；
8. 有效提高零件的表面硬度及其耐磨性；
9.降低了沖壓噪音；
10.通過車身結構優化設計，可以有效控制綜合制造成本；
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。
基于形貌優化的洗衣機內筒前法蘭設計
圖13 不同形貌優化參數結果對比云圖
圖14 形貌優化參數設置
3.2 改進方案
根據形貌優化結果云圖，利用Altair Ossmooth工具將優化結果轉換為導.stp格式的CAD模型，圖15為前法蘭迭代成型過程圖，參考導出后模型尺寸，并結合生產工藝等可制造性問題及成本等要求，對導出后模型進行幾何重建和適當倒角等修正，從而改進方案，如圖16所示。
圖15 前法蘭設計域9次迭代成型過程
圖16 改進方案流程
4 優化結果驗證
結合形貌優化后得到的內筒前法蘭，重構三維模型并結合上述一致的惡劣設計工況，對比優化前后結構的徑向最大變形，并對比市場上較為常見內筒前法蘭剛度，優化后結構的徑向變形滿足設計要求，并且內筒剛度有較大幅度提升，如圖17、18、19所示。
展開 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的活塞式壓縮機殼體VTF仿真分析及形貌優化
圖5 激勵力及響應點位置
如圖6所示為法向速度響應曲線，VTF分析結果表明上殼體在第一階模態頻率附近出現速度峰值p1，下殼體在第二階模態頻率附近出現速度峰值p2，且速度峰值p2高于目標值23%，殼體面剛度不足，因此需要對殼體進行結構優化，提升殼體模態頻率，減少殼體表面法向速度。
圖6 法向速度響應曲線
2.3 形貌優化
結構優化方法包括拓撲優化、尺寸優化、形貌優化等。封閉式往復壓縮機殼體大都采用薄板結構，通過模具沖壓成型，因此對殼體進行凸出筋肋的形貌優化，在殼體上找出最佳的加強筋肋的位置和形狀。在保證成本基本不增加的前提下，達到提升殼體面剛度、提升模態頻率、降低殼體法向速度的目的。如圖7所示為設計空間圖，其中綠色區域為設計區域，紅色區域為非設計區域。
圖7 設計空間圖
設計參數：起筋高度，H≤5 mm；最小筋寬，G≥5 mm；起筋角度，C=60°。
展開 白車身備胎坑形貌優化(實際案例)
2.底部增加橫梁非常有效，如果未考慮橫梁方案，則特征設計非常重要
分析厚度深度變化，對模態性能的影響：
1.使用無特征的備胎坑，模態變化很小，階數有所減少
2.使用有特征的備胎坑，模態變化很小
通過以上分析發現：
1.厚度&深度均對模態有影響，但是不是決定性的
2.備胎坑特征設計、備胎坑外的結構設計起決定性作用
5.備胎坑優化
鈑金特征對整車的整體性能的影響較小(白車身剛度、模態、安全)，則應考慮局部的性能：
1.如果有安裝點，則此處必須減小力的作用面，增加凸臺
2.如果沒有安裝點則考慮最大化剛度或者最大化模態，局部模態分析常用作鈑金形貌優化的約束條件
a.對于特征為自由形狀或者單一形狀的可以考慮一步優化。
b.對于包含兩種類型形狀的，可考慮分步優化。
3.約束的選取
a.約束鈑金的四周
b.有連接的位置也應該設為約束(模型截取，可以約束截取位置)
4.設計空間的設置
a.有連接的位置，處于零件包圍的位置設置為非設計空間
b.空白位置設為設計空間
轎車車身后地板部位為放置備胎的地方。因為備胎池為深沖壓區域，該部位的材料性能要求較為特殊。一般該處材料的屈服強度比較低，但還要保證其有較好的NVH性能，防止產生振動噪聲。
展開 
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，同時確保空氣動力學效率。
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 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.
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