OptiStruct優化
關注創建者：北冥有魚 創建時間：2017-06-24
OptiStruct優化的視頻教程
OptiStruct結構優化實操&答疑
OptiStruct 基于有限元和多體動力學技術構建，借助高級分析和優化算法，可以幫助設計師和工程師快速開發創新型、輕量化且結構高效型設計。 為方便大家更好學習與了解OptiStruct，Altair官方工程師針對所有CAE用戶征集有關OptiStruct結構優化相關的各類問題開啟一場在線答疑直播及實操直播。
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基于Optistruct拓撲優化控制臂優化實用仿真(附帶詳細hm模型)
本實例是基于optistruct優化模塊優化控制臂優化實用仿真,本實例包含常規建模步驟涉及到分析步的設置,材料屬性的設置,邊界載荷施加等,優化模塊涉及到體積分數的設置,體積最小化約束 ,拔模方向約束等,提交計算,結果查看等,附帶詳細涉及的.hm模型,有需要的同學可自行下載查看。
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OptiStruct結構優化及非線性系列培訓
① 學員可以掌握HyperWorks仿真分析的工作流程、注意事項及必備技能：Hypermesh軟件基本操作和方法；掌握OptiStruct優化分析方法和參數設置； ② 了解國內主機廠在總成建模中的要求和網格劃分中所用標準規范； ③ 解決學員在Hypermesh和OptiStruct軟件應用過程中遇到的難點和痛點； ④ 解決學員在優化仿真分析建模過程中所遇到的難點問題和痛點，能夠具備獨立建立優化分析模型的能力
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OptiStruct優化的實例教程
本文利用Altair公司的OptiStruct優化軟件，針對某艦艇齒輪箱基座，以制定振動傳遞率為設計性能約束指標，采用尺寸和拓撲優化等模型，對該基座進行動力學優化設計研究。具體內容為：在振級落差約束下，以基座重量為目標函數，進行了 1) 基座肋板尺寸優化設計；2) 基座肋板拓撲優化設計，3）阻振質量（底座方鋼）拓撲優化；4）肋板自由尺寸優化結合底座方鋼拓撲優化。通過對四種方案的計算對比，找到減振效果良好的基座結構拓撲形式，實現了動力學概念設計與尺寸設計的一體化。實踐表明，Altair OptiStruct優化軟件是目前結構動力學優化設計最得力的工具，在船舶設計領域有廣闊的應用前景
OptiStruct在船舶基座動力學優化設計中的應用--郭鳳駿.pdf
展開 OptiStruct結構優化技術在航空結構設計中的應用
作者：Simwe 來源：Altair
“我們對某航空產品支架進行靜態分析，并在此基礎上完成拓撲優化分析。根據優化分析結果對原結構進行修改，對改進后的結構進行靜態分析。結果表明，應用OptiStruct結構優化技術，不僅能夠極大地降低產品的重量，而且對于改善產品的力學性能也具有積極的促進作用?！? —— 摘自 2010HTC大會用戶論文
簡介
利用Altair HyperWorks結構優化工具OptiStruct對某航空產品支架進行拓撲優化分析，并結合其強大的前處理軟件HyperMesh、后處理軟件HyperView以及通用仿真分析軟件RADIOSS對優化前后的產品進行分析，從應力、變形、重量等方面對計算結果進行比較、總結。結果表明優化創新設計工具OptiStruct在改善機械產品性能、提高設計工作效率方面具有非常重要的作用，對航空產品設計及優化具有借鑒意義。
挑戰
以有限元法為基礎的結構優化設計工具已經被廣泛而深入地應用到各行各業，在航空航天、汽車、機械等領域取得了大量革命性的成功應用。對于航空產品來說，重量是衡量產品性能一個非常重要的指標。如何降低產品重量，同時提高產品性能成為目前航空設計人員關注的重要問題之一。
慶安集團在進行某航空產品支架的設計中，需要對其結構進行優化設計，以降低產品的重量。
首先應用RADIOSS進行求解，得到支架上最大應力為21.6MPa，且僅出現在支架局部區域，而其余部分應力都較小，如圖3-5所示。
根據以上分析可知，其最大應力遠遠小于材料的屈服強度，進行結構減重的潛力很大。
展開 主題：改變你的設計流程：Optistruct優化案例培訓
首播：2014年9月10日 上午9:30 ~ 11:30
復播：2014年9月20日 晚上18:30 ~20:30
內容介紹：OptiStruct的優化技術是世界上最強的。使用最先進的優化算法，OptiStruct可以在很短的時間內解決最復雜的具有成千上萬的設計變量的優化問題，其先進的優化引擎允許用戶結合拓撲結構、形貌、尺寸和形狀優化方法來創建更多更好的設計方案，引導合理和輕量化的結構設計。本期內容包括：
?Altair優化技術介紹
?OptiStruct概念設計—拓撲、形貌、自由尺寸優化介紹
?OptiStruct細節設計—尺寸、形狀、自由形狀優化介紹
?一個例子教你掌握從概念設計到細節優化的完整優化流程
報名方式：
1，通過網絡注冊報名，注冊地址http://www.altair.com.cn/EventList.aspx?type=Web%20Seminar
2，Email報名,請用中文發送您的中文姓名/單位/部門/職務/**電話/郵箱/詳細地址/郵編/行業等相關信息到info@altair.com.cn
展開 載荷被加載在適當的位置，定義各種材料的性質，然后OptiStruct進行拓撲優化計算，經過多次迭代，可以得到唯一的一個結果。
最終設計
經過在OptiStruct中多次模擬，所有的結果都納入考慮，把底盤分解成由不同的碳纖維分層組成的離散區域。制造約束包含碳纖維堆層厚度和不同區域的形狀復雜性。所有區域保持簡單并高效以避免分析和制造過于復雜。最終模型在HyperMesh中完成，使用3D單元以保證底盤足夠的強度。碳纖維堆層再次被使用復合材料殼單元建模，并指定對應的分層。夾芯材料使用3D六面體單元，以獲取正確的應力并找出整個底盤最薄弱的地方。
網格中靠近后懸掛的地方，不同的夾芯屬性使用不同的顏色。HyperMesh在指定各向異性的材料屬性方面特別有幫助，這一點在其它有限元分析軟件中難以實現。
結論
所有的結果分析表明底盤滿足或超出強度要求，團隊成員完成了車輛的建模。所有的編織、單向碳纖維和蜂窩夾芯 都被切割成型。底盤浴缸形狀的模具里面的材料被指定了正確的鋪層順序和方向，再加熱到250°F，并被切割成型。平 板被做成浴缸周圍的支撐肋板。最后所有的零件都被粘合到下半部分以組成一個完整的單體殼底盤。最終整個單體殼底盤僅重19kg，比Infinium賽車的重量輕大于20kg。類似的設計方法也被應用到上半部分，同樣節省約20kg。最后的50kg減重來自于Quantum賽車的電池?？偠灾?，OptiStruct求解器在優化Quantum賽車的碳纖維結構中扮演了極其重要的角色，并使團隊可以充分利用復合材料的優勢。
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展開 除了上述整體的形狀優化方法以外，OPTISTRUCT還提供了局部形狀優化技術，可以對局部應力較大的區域進行形狀優化，從而得到減小應力的目的。
4 薄壁結構的表面加筋設計——形貌優化
有時候，當我們設計出一種薄壁結構后，發現該結構的剛度不夠。為了改善該結構的強度和剛度，我們可以整體加厚，但是我們發現這樣又很浪費材料。那么該怎么辦呢？
采取表面加筋或者是用強化壓痕的方式可以達到目的。
但是我們該如何加筋或者制造壓痕，才能滿足這個要求呢？
Optistruct提供了專門的形貌優化模塊以做到這一點。
舉一個例子。
一個100mm*100mm*1mm的平板，一條邊上的兩個角點固定三個平移自由度，另外一條邊上一個角點固定Z自由度，剩余的角點上施加一垂直于板面的集中力100N。現在要使得加力點的位移最小，那么該如何在表面起筋呢？
使用Optistruct創建上述幾何模型，并劃分網格得到有限元模型，并創建邊界條件進行形貌優化后，得到的結果如下圖
這意味著，可以按照上述云圖來起筋。上圖中紅色區域意味著是可以凸起的部分，藍色區域則是保持原狀的部分。使用上述起筋的方式，就可以得到我們所希望的較高剛度的板件。
評論
充分使用上述四種結構優化設計技術，可以對一個結構從無到有，從粗到精地進行設計。很多有限元軟件都可以做到這里面的尺寸優化。但是對于拓撲優化、形貌優化、形狀優化，optistruct可謂匠心獨運，技高一籌。充分使用optistruct的結構優化技術，可以幫助結構設計工程師在最短的時間內得到創新的、合理的、省材料的結構。
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OptiStruct 結構優化（核心應用）
**(1) 形貌優化（Beleading/Bead Optimization）—— 最常用**
- **對象**：薄壁沖壓殼體。
- **目標**：提高剛度、降低振動噪聲。
- **設計變量**：加強筋（Bead）的位置、高度、寬度、形狀。
- **約束**：最大應力、頻率、筋高/拔模角。
它打破傳統 CAE 軟件 “碎片化” 痛點，整合高性能前處理、多物理場求解、結構優化、結果可視化等一站式工具，核心模塊涵蓋：
· HyperMesh：全球公認的行業標桿級前后處理器，幾何處理與網格劃分能力無人能及；
· OptiStruct：頂尖結構優化求解器，拓撲、形貌、尺寸優化技術引領行業，輕量化設計核心引擎；
· MotionView/MotionSolve：專業多體動力學仿真工具
四、生態協同：融入 Altair HyperWorks，構建一體化仿真平臺
Radioss 深度融入 Altair HyperWorks 仿真生態，與 HyperMesh 前處理、HyperView 后處理、OptiStruct 優化、HyperStudy 穩健性分析無縫集成；支持與第三方 CAE/CFD 軟件數據互通，實現 “前處理 - 求解 - 優化 - 驗證” 全流程閉環；兼容云原生部署，
三、尺寸優化結果
提交Optistruct求解器進行優化求解，經過30步迭代優化獲取最優解，優化目標迭代歷程如圖6所示：
圖6 優化目標迭代歷程
優化結果提?。禾崛∽罱K尺寸優化結果分布，如圖7所示：
圖7
優化結果說明
借助Multiscale Designer，團隊完成了連續纖維增強復合材料船體部件的多尺度建模，通過正向建模方法優化纖維鋪層方向與含量，并將仿真模型直接導入OptiStruct進行結構優化。最終，實現船體關鍵部件減重12%的同時，抗風浪沖擊能力提升20%，并成功將 ply-by-ply結構尺寸確定流程自動化，大幅提升了船廠組件制造效率。
幾何模型與設計空間定義：
①初始 CAD 模型：
創建一個包含所有關鍵硬點（輪心、主銷上下點、減震器安裝點、制動卡鉗安裝點、控制臂連接點等）的幾何模型。這個模型應該足夠大，能夠容納所有可能的材料分布。
②設計空間：將轉向節主體區域（去除安裝孔、螺栓孔、軸承座等不可優化的區域）定義為設計空間。這些不可優化的區域通常是需要保留以安裝其他部件或傳遞載荷的結構。
③非設計空間：明確指定不可優化的區域
顆粒系統、多體系統的相互作用
5.結構仿真：從線性優化到，復雜非線性與聲學分析
Altair OptiStruct：從優化起步，到全功能結構求解器
OptiStruct 最早在 1990 年代就開始研發，名字大家可能一看就能猜到，是以結構優化為導向的求解器。
顆粒系統、多體系統的相互作用
5.結構仿真：從線性優化到，復雜非線性與聲學分析
5.1Altair OptiStruct：從優化起步，到全功能結構求解器
OptiStruct 最早在 1990 年代就開始研發，名字大家可能一看就能猜到，是以結構優化為導向的求解器。
成功案例丨汽車塑料尾門模態分析優化及對標11個月前
圖7 設計變量分布圖
尺寸優化設置完成后提交OptiStruct計算，優化分析結果如圖8所示：
圖8 尺寸優化單元厚度分布圖
由圖8可知，主面立面料厚可減至2.2mm，其余面可減至2.0mm，加強筋厚度可減至2.0mm，優化后的內板總共減重1045g。
Altair：OptiStruct 在結構優化求解方面有優勢，Radioss 是出色的顯式動態求解器，與 HyperMesh 集成度高，能為不同類型的仿真提供高效求解。
后處理功能
ANSYS：后處理模塊功能強大，可將計算結果以彩色等值線、梯度、矢量、粒子流跡等多種圖形方式顯示，也能以圖表、曲線形式輸出。
