減重優(yōu)化分析
關(guān)注創(chuàng)建者：宋曉東_沃爾沃 創(chuàng)建時間：2017-07-16
減重優(yōu)化分析的實例教程
4 Optistruct實現(xiàn)流程
由于重點是優(yōu)化，所以本文直接省略前處理部分，直接從優(yōu)化開始。這里需要說明的是，這里雖說是案例但是是以交流為角度展開的，并不是教程。下面是前處理完成后的模型（使用板殼單元進行建模）：
圖 2有限元分析模型
4.1 初次分析
初次分析的目的是為了確定初始結(jié)構(gòu)的性能，比如剛度，強度等。本例初次分析的重點是獲悉在該網(wǎng)格尺寸下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布以及拐角處的應(yīng)力水平（雖然理論上拐角處應(yīng)力無限大的，但是在該網(wǎng)格尺寸下仍然可以作為設(shè)計目標。）
圖 3 Mise應(yīng)力云圖（Simple方式平均）
如上圖所示，該結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布已經(jīng)比較清晰的展現(xiàn)在了我們的面前，這可以有助于我們對拓撲的結(jié)果進行一個合理的判斷。通過觀察應(yīng)力云圖，我們可以獲悉L型上面部分兩側(cè)絕對是主傳力路徑的一部分，深藍色區(qū)域是整個結(jié)構(gòu)中的“閑置”部分，拐角處集中應(yīng)力達到了538MPa。
4.2 減重
對結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布情況有了基本了解之后，我們開始進行減重的優(yōu)化設(shè)計。對于一個基本的優(yōu)化問題，我們至少有三要素：目標函數(shù)，設(shè)計變量以及約束條件。
通過最開始的問題分析，我們知道該問題的目標函數(shù)為整體的剛度，設(shè)計變量為單元的密度（密度體現(xiàn)了單元的有無問題），約束條件為重量<30％原結(jié)構(gòu)。
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展開 挑戰(zhàn)
? 客戶需求：在保持目標性能的前提下，利用截面優(yōu)化等方法，最大化降低重量。
? 同時，客戶希望得到優(yōu)化后的CAD數(shù)據(jù)，以提供給他們的設(shè)計團隊。
解決方案
關(guān)鍵方法包括多學科優(yōu)化以及“CAD morphing”。主要步驟如下：
? CAE模型搭建，初始狀態(tài)驗證；
? 設(shè)計變量上下限可行性設(shè)計；
? 在MeshWorks中創(chuàng)建形狀，料厚參數(shù)；
? 生成DOE矩陣，以及多個設(shè)計方法；
? 結(jié)果分析，響應(yīng)面方法；
? 優(yōu)化研究；
? 針對結(jié)果進行驗證；
? 應(yīng)用CAD-Morpher對初始數(shù)據(jù)變形，并導出CAD；
性能目標如下：
? 扭轉(zhuǎn)剛度>20KN·m/Deg.；
? 彎曲剛度>20KN/mm；
? 扭轉(zhuǎn)模態(tài)>40Hz；
? 彎曲模態(tài)>50Hz；
? 優(yōu)化后各性能指標不得低于初始狀態(tài)；
? 部件主應(yīng)力不得低于材料屈服強度；
總結(jié)：
降低12%的重量同時，各性能指標均達標。
MeshWorks在此項目中的優(yōu)勢：
? 強大的網(wǎng)格變形及形狀參數(shù)優(yōu)化技術(shù)，進行快速截面優(yōu)化，大大提高效率；
? 使用CAD-Morpher可以直接對CAD數(shù)據(jù)進行變形。
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展開 背景：
消費者對燃油經(jīng)濟性標準的重視程度和期望值越來越高，從而推動全球汽車制造商優(yōu)化其車輛平臺，而不是僅僅考慮車輛的性能。必須通過全面平衡安全性、NVH和耐久性性能來達到燃油經(jīng)濟性標準。
挑戰(zhàn)：
客戶希望減少其現(xiàn)有SUV產(chǎn)品線的重量（大量可行性方案可以投入到實際生產(chǎn)中），只需少量的重新設(shè)計或更改，而不會降低性能。
客戶聯(lián)系底特律工程軟件公司（DEP）進行開發(fā)，該項目的目標是針對白車身和底盤進行減重設(shè)計。
解決方案：
整個項目由DEP工程師分為三個階段：基準評估、網(wǎng)格參數(shù)化和優(yōu)化。DEP工程師與客戶工程師密切合作，參與整個項目。DEP團隊開發(fā)的完整優(yōu)化流程對客戶來說是非常有價值的。
在第一階段，從白車身和底盤，共選擇25個設(shè)計變量（形狀和尺寸參數(shù)化），并設(shè)定為優(yōu)化目標。
第二階段利用DEP-MeshWorks平臺分別進行了碰撞和耐久性的有限元模型參數(shù)化。通過實驗設(shè)計，共得到76種不同的輸入變量組合。使用DEP-MeshWorks快速生成了76種設(shè)計組合模型，作為后續(xù)分析的輸入。
在最后階段，統(tǒng)計碰撞和耐久分析結(jié)果，并生成Excel表，將詳細設(shè)計變量值以及性能指標記錄到表格里。該表用于優(yōu)化分析的最終結(jié)果展示，同時確定了各項設(shè)計變量對整車性能的影響，供DEP工程師與客戶工程師進行詳細討論。最后將綜合評估各優(yōu)化方案的可行性，確定最優(yōu)方案。
結(jié)果：
基于DEP-MeshWorks的優(yōu)化方法有助于為現(xiàn)有的SUV平臺減重約10千克。DEP-MeshWorks驅(qū)動的多學科設(shè)計優(yōu)化方法已經(jīng)成功地從整車擴展到其他各種子系統(tǒng)。
展開 ④ 連桿應(yīng)力分布集中在上下面，中部應(yīng)力相對較小，說明這部分本身具有優(yōu)化空間。并且仔細觀察變形趨勢，這部分變形較大，所以也可以考慮額外增設(shè)優(yōu)化空間。
⑤ 大臂部分應(yīng)力并沒有前面兩個嚴峻，這里將其作為減重的主要部分，去掉原加強筋移，在中部增設(shè)加強筋，進行優(yōu)化。
按照上述原則，我們用于優(yōu)化的幾何模型大概長成這樣（一個優(yōu)化分析需要不斷更改優(yōu)化區(qū)間的選取，并作對比，這里僅以一種優(yōu)化策略為例）：
圖 12 用于優(yōu)化的幾何模型
5.2 預(yù)分析
在進行優(yōu)化前，對結(jié)構(gòu)進行預(yù)分析，確定個方向留有余量。施加相同的三個工況，分別得到最大位移為0.066mm，0.021mm，0.022mm，與前面的0.089mm，0.031mm，0.039mm相比均留有余量，因此后面的拓撲優(yōu)化能正常進行。
5.3 優(yōu)化問題定義的思考
這一步在我看來還是挺復雜的，對于該分析也試了十幾種約束與目標的組合，暫時總結(jié)了幾個重點：
①我們優(yōu)化的目的是啥？減重+達到目標位移要求？真的只有這兩點嗎？其實對于所有拓撲優(yōu)化問題，我們有一個隱藏的要求，那就是得到一個至少看起來合理的結(jié)構(gòu)。而且大部分時候，這一點反而是最重要的。為什么這么說？我們?nèi)绻麊渭兊南?em>減重，完全是不需要使用拓撲優(yōu)化的，換個材料，試算幾種方案也能達到效果。會采用拓撲優(yōu)化的原因是因為他能提供一些我們想象不到的合理的結(jié)構(gòu)，為設(shè)計提供靈感。
②如果能接受上面所說的，那么重點就來了。對于一個比較復雜的結(jié)構(gòu)，我們加上各種剛度應(yīng)力約束以及體積比限制，然后等著計算機給出一個完美的傳力路徑，這個幾乎不可能。且不說各種約束之間會發(fā)生沖突導致不收斂，在這么多限制條件下，優(yōu)化出來的結(jié)果很可能讓人失望。
③當我們加上了位移限制，體積比限制以及最小柔順性目標，看似很平常，實則暗藏殺機。
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減重優(yōu)化分析的最新內(nèi)容
概述：
本案例介紹了在 GoPro 相機上進行諧波分析的流程。GoPro 相機在實際工況載荷作用下，極易受到低頻振動影響，因此檢測并規(guī)避共振引發(fā)的零部件損傷風險至關(guān)重要。本文完整展示了 GoPro 相機諧響應(yīng)分析的操作流程，并闡明了增加阻尼對結(jié)構(gòu)受激振動特性的影響規(guī)律。
目標：
1、理解在 ANSYS 中進行諧波分析的工作流程；
2、加深對共振與阻尼原理的理解，并掌握二者在工程實際中的應(yīng)用方法
客戶背景
客戶是北美領(lǐng)先的汽車OEM之一，旗下有多款車型。
挑戰(zhàn)
? 客戶需求：在保持目標性能的前提下，利用截面優(yōu)化等方法，最大化降低重量。
? 同時，客戶希望得到優(yōu)化后的CAD數(shù)據(jù)，以提供給他們的設(shè)計團隊。
解決方案
關(guān)鍵方法包括多學科優(yōu)化以及“CAD morphing”。主要步驟如下：
? CAE模型搭建，初始狀態(tài)驗證
客戶：
該客戶是一家領(lǐng)先的汽車OEM廠商，其產(chǎn)品線很豐富。
背景：
消費者對燃油經(jīng)濟性標準的重視程度和期望值越來越高，從而推動全球汽車制造商優(yōu)化其車輛平臺，而不是僅僅考慮車輛的性能。必須通過全面平衡安全性、NVH和耐久性性能來達到燃油經(jīng)濟性標準。
挑戰(zhàn)：
客戶希望減少其現(xiàn)有SUV產(chǎn)品線的重量（大量可行性方案可以投入到實際生產(chǎn)中）
德國帕德博恩（Paderborn）大學生方程式賽車隊進行賽車軸承座部件優(yōu)化、減重
我們已經(jīng)展示了MSC Apex Generative Design的潛力，以下為帕德博恩大學生方程式賽車隊為他們的賽車設(shè)計的軸承座部件
1. 內(nèi)容概況
對減振產(chǎn)品與方案的評價主要包括對于特定頻帶范圍內(nèi)的振動有多少減弱作用。而頻響應(yīng)曲線——激勵頻率與響應(yīng)（位移、加速度等）的關(guān)系曲線就是一個直觀效果展示方式，即可以評價特定頻率下減振措施的減振效果，也可以觀察到具有減振效果的頻帶有多寬（這對于實際問題的魯棒性非常重要，因為材料與激勵并不會像分析計算模型一樣那么理想）。為了獲得如圖0所示的頻響曲線，可以進行穩(wěn)態(tài)分析。為了在最終的頻響曲線中考慮到材料或者減
航空零件中，鈑金件的應(yīng)用非常廣泛，其零件厚度因其毛料的原因，都有固定的數(shù)值，所以尺寸優(yōu)化在航空零件設(shè)計中可以提供有效的指導意見，然后拓撲優(yōu)化可以對航空鈑金件提供減重孔設(shè)計意見，本案例中，對某航空設(shè)備安裝支架進行了尺寸及拓撲優(yōu)化，并且對優(yōu)化結(jié)果用Catia進行還原。
液壓泵支架優(yōu)化減重.pdf
說明：前期optisturct案例多是自己腦補的，比較簡單。后期本想做些稍微復雜的，但是很受幾何模型以及實際工況的限制，因此只能看到合適的就寫寫。至于后面推文，主要會以hyperstudy基礎(chǔ)學習為主，這對個人學習也是一個全新的挑戰(zhàn)。
1 前言
圖 1 Inspire優(yōu)化案例
上圖對于熟悉Solidthinking Inspire的伙伴一定不陌生
1 前言
先前一直想就Optistruct結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面寫個專題，但一直沒有找到以怎樣一種形式開始比較好。如果從優(yōu)化相關(guān)的理論說起，一方面?zhèn)€人水平?jīng)]到，另一方面會導致很多沒有接觸過的伙伴壓根看不懂；但是直接從軟件的一些控制參數(shù)開始講起又顯得些許無趣。因此決定以這種案例的形式來進行說明，每個案例都會有自己的重點，希望讀者能仔細體會。
2 案例說明
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