結構仿真優化分析的案例
CAE在汽車結構及材料優化中的仿真分析與應用
在汽車行業，從最初的線彈性部件分析到汽車結構中大量的非線性問題分析，到現在汽車疲勞壽命分析、NVH分析、碰撞模擬等，有限元科技CAE應用項目幾乎可以涵蓋所有環節。
今天和大家分享的是：汽車設計中的結構/材料優化分析。
結構/材料優化
優化設計包括尺寸優化、形狀優化、形貌優化和拓撲優化，而表現在汽車設計中則有輕量化、材料節能環保、提高動力性能等。在維持汽車重要區域原結構、車身模態和剛度性能等基本不變的基礎上，對于其他部位進行優化從而達到輕量化、新型材料應用等。基于CAE分析的優化設計也常用于新車型的開發。
近年來，隨著對汽車本身的安全性要求不斷攀升，對汽車車身結構安全部件材料的優化設計就顯得異常重要！
針對此材料和厚度的交互性問題，推出其匹配優化的設計方式。首先主要通過傳力路徑和能量分析的方式初步選取相應設計部件。然后由此進行敏感性的分析，這樣才能更準確的找出最受影響的安全部件作為設計的對象，從而真正解決難以選取設計對象的問題。
同時可針對所選取的設計對象，采用優選近似模型和多目標優化的方式對其厚度和材料實施匹配和優化，這樣就充分的利用了兩者的交互性，真正實現材料和厚度的變量混合。
一、汽車安全部件的選定分析
（一）分析汽車傳力路徑
主要針對其正碰當中的流動應力進行分析，可通過明確其車應力變化和部件截面展開分析。其傳力路徑具體表現在以下幾點：
車輛本身和剛性壁障產生碰撞時，一旦其前保險杠產生變形，會將力直接傳遞至上縱梁，然后通過上縱梁傳遞至A柱上端位置，最后直接向后傳遞。
當車輛和剛性壁障產生碰撞時，一旦其前保險杠產生扭曲，會直接將沖撞力轉移至前縱梁，然后直接傳輸至A柱下端、門檻梁以及底板縱梁等位置，最后向后傳遞。
展開 汽車保險杠橫梁碰撞的仿真分析及其結構優化
汽車保險杠橫梁碰撞的仿真分析及其結構優化.part2.rar
汽車保險杠橫梁碰撞的仿真分析及其結構優化.part3.rar
汽車保險杠橫梁碰撞的仿真分析及其結構優化
汽車保險杠橫梁碰撞的仿真分析及其結構優化.part1.rar
基于SAMCEFMecano的龍門式加工中心動剛度的仿真分析及立柱截面結構優化
基于SAMCEF Mecano的龍門式加工中心動剛度的仿真分析及立柱截面結構優化 佀國寧, 余躍慶, 楊建新, 夏齊宵
開發了結合面動態特性分析系統, 采用有限元法建立了多軸聯動龍門式加工中VX32- 60的動力學模型, 對其模態進行了理論分析, 同時進行了相應的實驗研究, 通過理論分析與實驗結果的對比, 得出了加工中心固有頻率和振型, 驗證了結合面分析系統的可靠性。在此基礎上, 討論了立柱截面參數對加工中心動態特性的影響, 提出了改進方案, 提高了加工中心的固有頻率, 降低了其運動誤差。
利用SAMCEF Mecano有限元軟件仿真平臺, 建立了其動力學模型。通過模態試驗結果和理論分析結果的比較, 驗證了建模的正確性和結合面分析系統的可靠性。在此基礎上,對加工中心立柱的截面參數和結構形式進行了優化設計, 提高了其動態性能。
SAMCEF Mecano 是SAMTECH 公司開發的、能夠提供柔性多體系統動力學分析的有限元軟件, 具有專門解決機床動力學問題的獨特功能, 能夠直接進行柔性體信息的定義, 并且其在柔性多體動力學分析時, 確定柔性體動力學特性, 因此選擇SAMCEFM ecano對其進行仿真分析。
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展開 融合深度學習與CAE技術的結構分析與優化設計：一種新興的數值方法”提升工程仿真效率
本課程結合大模型輔助編程，探索其在微分方程求解、代碼調試及多任務優化中的應用，推動“AI for Science”的工程化落地。
疲勞斷裂與物理神經網絡 流體固體
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結構優化設計分析系列（四）：模態分析優化設計 ￥9
1.1 優化設計概述
所謂優化，是指最大化或最小化，而優化設計是指尋找一種方案以滿足所有的設計要求，并且需要的支出最少。
優化設計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數值法--借助計算機和有限元，通過反復迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應用于工程中。
隨著計算機的發展，結構優化算法取得了較大的發展。根據設計變量的類型不同，結構優化已由較低層次的尺寸優化發展到較高層次的結構形狀優化，進而發展到更高層次的拓撲優化。優化算法也由簡單的準則法發展到數學規劃法，進而發展到遺傳算法等。
在保證產品達到某些性能目標并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設計變量，使產品的指標或性能達到最期望的目標，就是優化方法。
1.2 優化分析工具
ANSYS Workbench 結構優化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優化工具)、Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具)、Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具)、Response Surface(響應曲面優化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優化工具):設置優化目標，利用默認參數進行優化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設計點。
(3)Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具):可以得出某一輸入參數對響應曲面的影響的大小。
展開 純電動客車骨架結構優化（模態分析、極限工況分析、靜力分析、拓撲優化）
六 對車頂進行優化
主要考慮車頂材料在考慮的工況范圍內能有較好的材料布置，在扭轉和彎曲兩種工況下進行拓撲優化。
1 建立車頂優化區域
設置車頂優化區域并添加空調及電池載荷
2 設置設計變量
注意設置對稱優化，保證一定的制造可行性
3 創建體積響應及多工況聯合響應
4 體積響應設置為優化約束
5 設置為優化目標
6 分析及后處理
七 根據拓撲優化結果重新布置車頂組件
1 重新建立幾何，創建有限元模型
2 完成模型彎曲及扭轉靜力學分析
彎曲工況下最大應力降低32Mpa
展開 結構優化設計分析系列（三）：APDL在Workbench中的優化設計 ￥9
1.1 優化設計概述
所謂優化，是指最大化或最小化，而優化設計是指尋找一種方案以滿足所有的設計要求，并且需要的支出最少。
優化設計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數值法--借助計算機和有限元，通過反復迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應用于工程中。
隨著計算機的發展，結構優化算法取得了較大的發展。根據設計變量的類型不同，結構優化已由較低層次的尺寸優化發展到較高層次的結構形狀優化，進而發展到更高層次的拓撲優化。優化算法也由簡單的準則法發展到數學規劃法，進而發展到遺傳算法等。
在保證產品達到某些性能目標并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設計變量，使產品的指標或性能達到最期望的目標，就是優化方法。
1.2 優化分析工具
ANSYS Workbench 結構優化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優化工具)、Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具)、Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具)、Response Surface(響應曲面優化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優化工具):設置優化目標，利用默認參數進行優化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設計點。
(3)Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具):可以得出某一輸入參數對響應曲面的影響的大小。
展開 結構優化設計分析系列（二）：熱固耦合優化設計 ￥9
1.1 優化設計概述
所謂優化，是指最大化或最小化，而優化設計是指尋找一種方案以滿足所有的設計要求，并且需要的支出最少。
優化設計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數值法--借助計算機和有限元，通過反復迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應用于工程中。
隨著計算機的發展，結構優化算法取得了較大的發展。根據設計變量的類型不同，結構優化已由較低層次的尺寸優化發展到較高層次的結構形狀優化，進而發展到更高層次的拓撲優化。優化算法也由簡單的準則法發展到數學規劃法，進而發展到遺傳算法等。
在保證產品達到某些性能目標并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設計變量，使產品的指標或性能達到最期望的目標，就是優化方法。
1.2 優化分析工具
ANSYS Workbench 結構優化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優化工具)、Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具)、Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具)、Response Surface(響應曲面優化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優化工具):設置優化目標，利用默認參數進行優化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設計點。
(3)Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具):可以得出某一輸入參數對響應曲面的影響的大小。
展開 UG-NX 高級仿真結構優化教程
一個簡單的小例子, 介紹UG-NX的結構優化步驟.
一個三角支架, 靜力分析后得到最大變形, 在給最大允許變形后, 優化支架的厚度和角度, 使重量達到最輕. 當然你也可以用應力, 溫度等為限定.
1. 打開prt文件.optimization.prt
optimization.rar
模型的草圖已參數化.
2. Startà Advanced Simulation
3. 建New FEM and Simulationà OK
4. 進入FEM, 定義材料屬性steel. 3D mesh CTERA10 size 3.0mm
5. 進入Simulation, 側面全約束 Fixed Translation constraint, 上面加壓力100Mpa
6. Solve, Would you like to turn ON the iterative Solver option? Yes
7. Results, 最大Y向變形為0.48mm
8.
展開 流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應
業務方向：流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應。
聯系電話：王經理 15900979745
基于ICEPAK熱仿真的光伏逆變器結構優化
==================分割線，以下為正文====================
[ 摘 要 ] 本文以獲得最優的整機結構布局為目標，采用ICEPAK軟件對若干型號的光伏逆變器進行了熱設計。首先介紹了相變導熱墊片在光伏逆變器散熱方案中的應用，根據熱仿真結果證實了比原始方案“陶瓷墊片”具有更好的工藝性和價格優勢、更小的溫升。接著利用ICEPAK出色的溫度/流體場解算能力，闡述了如何利用熱仿真結果輔助某型三相光伏逆變器調整機械設計，最終達到結構優化的過程。
[ 關鍵詞 ] 相變 熱仿真 結構優化
1. 前言
機械設計是光伏逆變器整機研發的重要內容，而光伏逆變器本身的結構特點決定了大部分機械件的總體尺寸、空間布局、形狀暨材質選擇又取決于整機熱設計。傳統的熱設計方法有解析法和實驗法。由于在實際產品中熱傳輸途徑非常復雜，解析法通常僅具有理論上的指導意義而難以滿足工程實際需求。實驗法雖然具有準確度高的優點，但是卻有耗時長、成本高及難以探測系統內部溫度等缺點。而基于流體力學、傳熱學、數值分析的現代熱仿真技術是一種高技術、高速度、低成本的方法，它對優化光伏逆變器的熱設計、為機械設計提供合理方向具有重要指導意義。隨著商用數值仿真軟件的完善，熱仿真技術得到了越來越廣泛的應用。本文通過產品實例，介紹了利用行業領先的Icepak軟件熱仿真來指導光伏逆變器結構優化。仿真結果都經過實際產品的實驗驗證，誤差均較小，表明Icepak具有較高的工程實用價值。
2. 相變導熱墊片的應用
某型單相組串光伏逆變器早期散熱方案如圖1，熱源為BOOST側晶體管和逆變側晶體管，晶體管與散熱器間為2mm厚陶瓷墊片。為獲得更好的導熱效果，陶瓷墊片兩個底面要預先涂導熱膏。在安裝時為定位各陶瓷墊片，又需要事先將2個“陶瓷墊片定位塑料框(圖2)”固定在散熱器上。
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COMSOL 應用案例：CFD 仿真優化建筑結構設計
盡管外面是暴風雨，但由于建筑圍護結構可以保護你免受外界環境的影響，你仍然能夠保持干燥并感到溫暖。為了設計功能完善的建筑圍護結構，工程技術人員需要考慮各種不同的因素。仿真有助于滿足這一需求。
建筑圍護結構的全包裹需求
建筑圍護結構也稱為建筑外殼，是將內部環境與外部環境隔開的系統。對早期人類來說，像洞穴和茅屋這樣的建筑就是最初的建筑圍護結構，為我們的祖先提供了必要的防護。
這些早期的建筑圍護結構為當時的人們提供了可容納最低生活必需品的棲身之地，但隨著時間的推移，建筑圍護結構不斷發生改變，包含的構件不斷增多，例如墻壁、屋頂、地板和窗戶。然而，建筑圍護結構的目的仍然是一樣的，那就是保護居民免受外界環境以及水、熱、冷等各種因素的影響。
建筑圍護結構保護人們免受外部環境的影響。
現代建筑圍護結構相當復雜。由于建筑風格不斷變化，新的產品、工藝、建筑規范和設計也不斷涌入。對于這些新元素，工程技術人員要考慮結構的穩定性、透水性、節能和熱性能等等。
Built Environments 公司著力設計改進的建筑圍護結構
為了高效研究氣流、水分傳輸、傳熱以及其他影響建筑圍護結構性能的因素，Built Environments 公司使用了 COMSOL Multiphysics? 軟件。他們借助該軟件分析不同的物理場如何同時產生作用，并研究建筑設計、施工和評估過程不同階段的情況。
Built Environments 公司總裁 Steven Doggett 指出，他們的工作主要分為三類：
對材料、產品和組件的性能進行建筑物理研究
設計和重新設計服務
建筑圍護結構咨詢，包括建筑和施工現場檢查以及建筑取證
對于所有這些類別，仿真都有利于增強 Built Environments 公司的分析能力。
展開 廂式車廂體結構輕量化仿真與優化
廂體結構如圖1所示，其中廂體骨架由型鋼焊接而成，材料為普通碳鋼。借助于CAE仿真技術，分析廂體在靜載、動載工況下的結構強度，并對其進行輕量化設計，以減少開發成本，提高設計效率。
圖1 廂體結構示意圖
建立仿真模型
利用HyperMesh軟件對廂體骨架進行網格劃分，利用Abaqus進行求解骨架剛度、強度，并進行后處理，有限元網格模型如圖2所示。
圖2 模型網格示意圖
邊界條件及工況
以實際負載工況和連接為基礎，梁單元模擬焊接，確定仿真分析施加載荷與邊界條件后，模型如下圖3所示，綠色顯示為載荷施加位置，紅色顯示為約束鏈接位置。
圖3 邊界工況示意圖
結果分析
在靜載工況下，廂體結構應力如圖4所示，廂體整體結構有極少量單元達到屈服強度，出現在部件焊接處，考慮應力集中因素，可以忽略。
圖4 廂體整體應力云圖
廂體的最大變形出現在頂部框架位置，如圖5所示。在靜載工況下，副車架變形在彈性階段，如圖6所示。
圖5 廂體整體分析結果（變形）
圖6 副車架分析結果（變形）
總體而言，該廂體結構強度滿足設計要求，其最大應力遠小于材料屈服強度，存在很大的有優化空間。
結構優化
從輕量化設計角度出發，設計兩種優化方案，如下表1所示。圖7是優化方案1結構模型圖，圖8是優化方案2結構模型圖。
圖7 方案1（結構優化）結構模型圖
圖8 方案2（材料替換）結構模型圖
為驗證所提出的優化方案在強度剛度方面是否滿足設計需求，將兩個優化方案按照原分析思路進行靜載分析，其分析結果表明：兩種優化方案都滿足設計需求，應力及變形都在設計要求范圍之內，對比結果見表2.。
展開 Amesim電磁鐵仿真：電磁鐵結構參數設計優化的新方法
計算機輔助求解技術（Computer Aided Engineering, CAE）能夠縮短設計周期，減小設計成本，在電磁鐵的參數優化方面最常用的方法是有限元法和基于Matlab語言的Simulink建模方法。
文獻[8,9]根據經驗公式設計了電磁鐵的結構參數，在Ansys Maxwell有限元軟件中建立了二維仿真模型，研究不同參數對電磁鐵吸力特性的影響，從而對電磁鐵結構參數進行優化。文獻[10,11]針對傳統比例電磁鐵僅具備單向驅動能力的不足，研究了具有雙向驅動能力的比例電磁鐵，并利用Maxwell仿真分析參數變化對電磁鐵性能的影響。
上述研究都只從理論上對電磁鐵的設計優化進行了分析，缺少實驗驗證。文獻[12]利用Ansys有限元分析軟件和AMESim系統參數仿真軟件對螺管電磁鐵仿真分析得到電磁鐵的磁感應強度、磁力線分布和吸力特性曲線，將仿真結果與實測值進行了對比分析，但仿真部分只有靜態特性的研究，缺少對動態特性的分析，不能反映動作過程中機械參量和電磁參量的真實變化情況。
文獻[13]利用Maxwell軟件對電磁鐵進行了動態仿真分析，并進行了實驗驗證，但對于不能直接通過仿真得到動態特性參數的情況沒有給出解決方案。文獻[14]在Simulink中搭建了瞬態仿真模型，并比較了不同電磁鐵結構的瞬態特性，但是沒有考慮磁飽和，不適用于磁性材料出現飽和的情況。
為解決以上問題，本文以一種雙行程螺管式電磁鐵為研究對象，提出了Ansys Maxwell和ADAMS聯合仿真的建模方法。
展開 元王帶你看CAE仿真如何幫助優化車架結構~
而優化后車架的總重為優化前車架總重的90%，即車架可以節省10%的材料成本，甚至結構優化后，零部件在工藝安裝和公差控制上更加方便。
由此可見，CAE仿真分析提高汽車產品可靠性、降低產品的損壞率、壓縮成本方面起到了顯著的作用。
深圳市有限元科技有限公司（簡稱“元王”）是一家以工業軟件開發為核心，以CAD/CAE為主業，集工業軟件銷售、軟件二次開發、技術咨詢、培訓為一體的國家高新技術企業。深耕產品設計與仿真十余年，擁有深厚的技術背景和豐富的工程經驗，為各行各業1200多家企業提供了專業的工程服務，并獲得客戶的高度認可。歡迎有需求的客戶咨詢了解~
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