OptiStruct優化的案例
OptiStruct在船舶基座動力學優化設計中的應用
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
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 Altair網絡研討會-9/10、20-改變你的設計流程：Optistruct優化案例培訓
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 太陽能賽車的復合材料優化：利用 Altair OptiStruct 最小化車身和底盤重量
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。總而言之，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 
強大的優化設計軟件Altair OptiStruct 附Altair OptiStruct下載
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。
展開 【歡迎提問】OptiStruct熱力分析及其優化實操&答疑專場
“Altair周四直播”系列活動——OptiStruct熱力分析及其優化實操&答疑專場
我們鼓勵用戶參加免費直播互動，與講師實時提問交流，及時答疑解惑。
希望“Altair周四Live”成為用戶更好的學習和交流通道！目前已結束的往期內容可限時免費回看，4月18日起，所有“Altair周四Live”系列錄播視頻只能有償觀看哦。大家趕緊點擊下方圖片，快快加入每周四晚7點半直播，免費獲取最新鮮的技術信息吧~
Altair “周四 Live”系列直播
每周四晚19:30至21:00
Altair技術專家為你答疑解惑或進行案例操作演練
直播時間：
每周四 19:30-21:00
直播形式：
直播答疑+案例演練
（將不定時插播行業熱點應用分析、仿真軟件使用tips等）
主題四
《OptiStruct熱力分析及其優化實操&答疑》
直播時間：2019年4月18日 19:30-21:00
大綱
—熱傳導基礎理論
—OptiStruct熱分析基礎
—OptiStruct穩態熱傳導、熱力耦合分析
—OptiStruct瞬態熱傳導、熱力耦合分析
—OptiStruct熱接觸分析
—OptiStruct熱優化
講師介紹
劉勇
Altair技術專家，在Altair工作約10年，5年的OptiStruct軟件開發經驗，3年的項目咨詢經驗，2年技術支持。精通復合材料理論，熟悉復合材料的設計流程，參與過多個軍工項目的復合材料設計、優化。
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展開 基于 OptiStruct 形貌優化分析技術的商用車發動機油 底殼設計方法
為了降低發動機油底殼輻射噪聲以及達到輕量化的目的，設計中考慮將油底
殼材料由鋼換成塑料，本文運用Altair 公司的OptiStruct 結構優化分析軟件對某型號發動機
塑料油底殼進行了模態及形貌優化分析，并根據優化分析結果確定了塑料油底殼加強筋最佳布
局方式，最終使其性能達到最好。
耿廣銳_基于OptiStruct形貌優化分析技術的商用車發動機油底殼設計方法.pdf
分享自己使用OptiStruct優化的經驗
分享一下自己使用OptiStruct優化的經驗。
工作以結構分析為主。從兩年前開始使用Optisturct優化的功能并不斷推廣，現在優化用得非常普遍。不管是什么問題，一般都會想到用優化的手段來解決，感覺大部分問題解決起來比以前容易得多了。目前比較成功的應用有車身鈑金厚度優化、架構開發車身拓撲優化、懸置支架、加強筋布置、接頭優化等方面。Optisturct提供的拓撲、形貌、尺寸、自由尺寸、形狀優化等功能都用過，個人感覺自從使用Optisturct優化功能后，不管是大結構還是小結構甚至是系統級的結構，在項目諸多限制下（特別是空間限制和重量限制，還有制造方面）提高模態、剛度、耐久性達到指標還是相當容易的。
Optisturct優化功能很強，主要得益于現代優化技術的發展。目前尺寸優化已經非常成熟了，但拓撲優化還有待發展。現在拓撲優化與有限元結合在工程中的應用還不是很廣泛，甚至有些人對拓撲優化持懷疑態度，這里談一下我自己的看法。拓撲優化所使用的算法還是傳統的優化算法，比如Optistruct使用可行方向法；Genesis有三個可選：可行方向法、序列線性規劃、序列二次規劃。算法本身是無可挑剔的，但算法的特性和拓撲優化對工程問題的處理決定了拓撲優化無法避免的缺陷。拓撲本來的含義是1或0，即有或沒有，但目前所采用的算法要求函數連續可導，所以現在拓撲優化多采用的辦法是將材料的密度設置為0~1之間連續的函數并映射為單元的剛度。如果拋開計算速度不講，拓撲優化在工程應用中的局限主要體現在對形狀的控制和對材料的收束程度上。拓撲優化的結果都是一些桿梁結構，對于鑄件來說很適用，但對于鈑金件來說是致命的，因為工程制造很難按照拓撲優化的結果用沖壓件拼出那樣的結構。雖然軟件提供了各種制造約束，象尺寸約束、對稱約束、拔模和擠出方向等，但有些功能對于概念設計來說大部分并不適用。
展開 OptiStruct在超高層建筑結構優化中的應用
在復雜超高層結構設計中，利用OptiStruct的優化功能，可針對設計的不同需求對結構構件尺寸進行優化，并根據靈敏度分析的結果評估各設計變量對目標函數的敏感度。本文以兩個超高層項目的結構優化為例，分別介紹了OptiStruct在結構剛度優化，造價優化和周期優化上的應用。
曹倩_OptiStruct在超高層建筑結構優化中的應用.pdf
一文叫你理解如何用優化算法求解實際工程問題及optistruct優化仿真對比 ￥49
2.建立懸臂梁的優化模型
2.1結構解析
懸臂梁一段被完全固定，另一端受到垂向力100N，根據經典材料力學計算公式，其剛度K=3EI/L^3，I=b*h^3/12。
經計算桿端垂向位移為0.744mm,解析解和有限元計算結果完全一致。現在尋求在不增加重量的情況下，提高該懸臂梁的剛度，從剛度的計算公式可知，減小橫截面寬度b，提高截面高度h有利于增加懸臂梁的剛度。
2.2懸臂梁截面優化模型的建立
所有的優化問題都要經過轉化為數學模型方能利用各種優化算法進行求解。優化數學模型又包含三個要素：
1）優化變量；
2）目標函數
3）約束
優化變量本例很明了，就是截面尺寸，目標函數是剛度最大，歸根結底是讓f=b*h^3最大，為了利用基于下降迭代的最速下降法，目標函數可以定義為f的倒數或相反數，此處定義為：g=1/(h^3)*b,之所以將b設立為分子，是因為上文已經分析過，增大截面高度更有利于提高剛度，因此如果截面高度增加，為了減輕質量或維持質量不變，必須減少截面寬度。因此結合實際問題設立合理的目標函數也是利用好優化的一大要點。
最速下降法的MATLAB實現代碼見圖2，使用optistruct進行詳細優化的過程附在其后。
展開 OptiStruct拓撲優化在飛機零部件疊層制造中的應用
行業：航空航天
挑戰：如何降低零部件的重量
Altair 解決方案：利用 OptiStruct 進行拓撲優化
優點：節省了 64%的材料 ；減少應力的同時提升強度 ； 大幅度降低成本
背景介紹
金屬的疊層制造 （Additive Layer Manufacturing, ALM）是在飛機結構研發早期 階段使用的一種零件加工的新型技術。ALM的優勢體現在生產部件的設計靈活性、較 低的材料浪費、低生產成本等，尤其針對那些難以加工的硬質材料。
設計靈活性使得ALM成為拓撲優化的完美應用。在應用時，拓撲優化的形狀可以 被保持，最終的質量和結構屬性也更加接近那些優化得到的形狀。
EADS創新中心在TSB的資助下，與工業界和學術界共同合作進行AVLAM項目的 開發，來探索能否為航空航天業制造出優化的ALM零件，達到技術和商業的可行性。 作為試驗，他們使用了HyperWorks的拓撲優化工具OptiStruct軟件，來為空客A320的 零件進行優化，進而推廣應用于其它的航空結構。
圖 1：空客A320 原機艙鉸鏈支架（后）優化設計ALM制造后形狀（前）
挑戰
ALM 是一種新興的制造技術，它基于相對靈活的設計約束限制，通過優化設計達 到顯著降低零件重量的目標。
ALM 制造的成本獨立于零件的復雜度，所以這是一個良性循環，即通過優化設計 節省了零件的材料用量，從而降低成本。
展開 
如何使用Optistruct進行應力拓撲優化或多目標、多約束優化 ￥9.99
Optistruct是一款非常優秀的商業有限元求解器、優化求解器，功能強大到炸裂，使用起來也很方便。但偶爾用起來也有一點點小麻煩，初學者經常會碰到的問題就是不知道怎么使用Optistruct進行多目標優化或應力優化這種涉及多個響應的優化。Optistruct中的響應是指要作為目標函數或約束函數的結構的性能，比如質量、體積、體積分數、應力、位移等等，其中應力和位移這種響應屬于局部響應，即結構中有很多個這種響應，某點的位移或應力不能代表結構的整體性能。以應力優化為例，假如我們想要進行應力最小優化，我們實際上是要使結構中的最大應力最小，但是值得注意的是，優化過程中，具有最大應力的單元一直會變，因此不可能使某個應力值最小，而另外一方面，optistruct也只允許有一個目標函數，怎么辦呢？
通過查詢各類資料，本人摸索出一個行之有效的方法，概述如下：
創建一個公式，應力優化經常使用p范數凝聚所有的應力值，結構中有多少個單元，公式中即有多少個未知數
σpn=(Σ(σi)^pn)^(1/pn
創建NEL個應力響應，NEL為結構中的單元個數
創建一個總的響應，類型選擇為：function，勾選第一步創建的公式，然后不要著急create，先點擊edit，勾選response，在數目中輸入單元個數，然后挨個在彈出的NEL個框中，填入一個個響應
在目標函數中，選擇第三步創建的總響應作為目標函數。
假如這么干的話，難點在于第二步和第三步，因為我們要創建NEL個應力響應，每個響應對應一個單元。
展開 基于OptiStruct的基座結構優化設計研究
本文的主要研究內容是以基座重量為目標函數，應用有限元分析軟件Altair HyperWorks[1]結構優化工具OptiStruct，對水面船舶上的常規型基座的結構尺度及型式展開研究。結合其強大的前后處理軟件HyperMesh[2]、HyperView以及通用數值分析軟件RADIOSS對優化前后的產品進行靜態分析。在對應力、變形、重量等方面進行分析總結的基礎上，最終得出了滿足結構強度及剛度要求下的輕量化基座結構的優化模型。
基于OptiStruct的基座結構優化設計研究.pdf
基于optistruct的支架形狀優化與自由形狀優化 ￥30
本案例教程在于如何使用optistruct進行支架的形狀優化、自由形狀優化。其中，涉及到的知識點有形狀優化中形狀變量的創建；自由形狀優化中形狀變量的創建、變形約束壁障的建立；如何在optistruct中進行形狀優化及自由形狀優化。
自由形狀優化結果
形狀優化結果
具體操作部分見收費內容部分，相關模型及腳本文件見附件。凡購買本案例的朋友針對收費內容部分有疑問，可以一起交流。
展開 機艙蓋內護板Optistruct拓撲優化
optistruct.pdf
汽車機艙蓋內護板的結構優化，可以在保證剛度要求的前提下使用較少材料，達到降本增效的目的。以往的設計往往依靠工程師的經驗，或者依據對標車現有結構進行再設計，并沒有一個統一的標準。而通過Optistruct等優化軟件的精細計算，可以根據對整個機艙蓋的剛強度要求進行優化約束，采用不同的結構來滿足設計要求。通過現在日漸成熟的結構優化技術，CAE工程師可以給出明確的設計方向，與CAD工程師共同完成產品的設計工作。
本案例中，僅對機艙蓋內護板進行拓撲優化。滿足側向剛度、彎曲剛度和扭轉剛度設計要求的前提下達到結構優化和減重的目的。
第一步
建立有限元模型。本案例中采用8 mm左右的網格建立模型。
第二步
劃分設計區域。由于內護板的邊緣部分不需要進行優化，因此只將中部區域劃分為設計區域。
第三步
約束和加載力。本案例中分四個分析步，分別滿足側向剛度，彎曲剛度和扭轉剛度要求。
第四步
預計算。先用Optistruct進行線性分析，輸出最大位移，作為后面優化分析的依據。
第五步
優化參數設置。設置優化變量和優化響應等。并根據預計算，設置合理的優化約束。
第六步
后處理。查看優化結果。
第七步
根據優化結果設計出相應的結構，需要依靠工程師的經驗從結果中抽象出具體的設計方案，完成最終設計。
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