輕量化、拓撲、optistruct
關注創建者：小翼10 創建時間：2018-06-28
輕量化、拓撲、optistruct的實例教程
6）選擇optistruct求解器求解上述優化模型，結果可進入hyperview查看，拓撲優化結果如圖4所示。
3.結果處理
拓撲優化設計空間表明，優化效果較為明顯，但顯然優化后的結果并不符合可制造原則，為此結合現有零件特點和加工工藝，得出改進后的輕量化設計方案如圖5所示，有限元分析結果表明（如圖6所示），優化后的零件性能仍保持不變，但質量降低6Kg，優化效果顯著。
即使是復雜的結構也幾乎不需要額外的制造工作，并且拓撲優化的結果可根據具體的應用場合很好地進行調整，使其與自然示例相符。作為主要研究成果之外的副產品，Kranz還分析了仿生學等其他設計方案，對其進行了歸類并創建了指導準則和數據庫，旨在幫助未來的用戶充分挖掘輕量化結構的潛力。
從 TiLight 項目一開始，LZN 就使用 Altair HyperWorks 作為主要工具。HyperWorks 是一種用于仿真驅動產品開發的領先設計解決方案，開發過程中，在部件概念設計階段會采用 CAE 工具。這種解決方案提供了面向建模、分析、優化、可視化、報表及數據管理的集成解決方案。在仿真驅動設計過程中，首先采用HyperWorks套件優化工具OptiStruct基于可用設計空間、產生的負荷和其他邊界條件執行優化。根據具體的應用場合，可先對其他參數進行研究并更改邊界條件，再對結果進行解釋，然后選出最適合激光增材制造的各種設計方案。此外，如果可行，所創建的設計方案可由生物示例進行補充。隨后借助 CAD 工具對提出的設計進行改進，并采用OptiStruct 對最終設計進行數值驗證。
拓撲優化工程師能夠構建更輕、載重效率更高的設計，僅在需要的位置應用材料。
“為了開發出采用輕量化設計的新型支架，我們在確定結構時首先進行了拓撲優化，”Jannis Kranz 解釋道。 在確定了規格并定義了所需的連接點之后，優化后的幾何結構即為基本機構，供后續步驟進行進一步調整。基于這些技術數據，我們找到了能夠起到補充作用的生物示例。在流程的后續步驟中，只要在 CAD 中得出設計方案，我們就會利用Altair OptiStruct等工具再次對結果進行驗證。
展開 將輕量化壓縮機支架方案安裝在實車上，在某國家試驗場進行整車道路耐久9000km壞路試驗，且順利通過道路耐久試驗。通過上述三項試驗，最終驗證：該拓撲優化輕量化方案的壓縮機支架滿足模態、強度和耐久疲勞的設計目標要求。
4 結論
基于Optistruct拓撲優化分析，在滿足模態和結構強度要求的前提下，對壓縮機支架進行輕量化，使得壓縮機支架的重量由原方案的1.284kg降低到0.586kg，實現重量54.4%的輕量化，且通過錘擊模態測試、臺架隨機振動和道路耐久三項試驗。通過壓縮機拓撲優化輕量化分析，可得如下結論：
（1）為避免共振或耦合，壓縮機一階模態設計目標值建議大于發動機的最高轉速，在模態分析過程中需預留一定安全系數，故壓縮機分析一階模態目標值設為240Hz。
（2）進行拓撲優化輕量化分析優化時，單元網格尺寸和懲罰因對于拓撲優化結果有重要影響，在拓撲優化中需合理設置參數。（3）該壓縮機支架的拓撲優化輕量化分析方法和參數設置對今后汽車零部件的輕量化提供很好的技術路線和借鑒意義。
參考文獻：
[1]吳光強，欒文博.汽車傳動系相關NVH問題的動力學研究論述[J].機械工程學報，2013，49(24) :108 -116.
[2]相龍洋，左曙光，孫慶，等.汽車手動變速器振動噪聲特性試驗研究[J].制造業自動化，2013，35:50-53.
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[4]倪小波，吉麗超，李戍斌，等.傳動系扭振引起的MPV車內轟鳴聲控制方法[J].制造業自動化，2017，39(9):30-34.
[5]孫強，陳昌瑞，杜士云.汽車空調壓縮機支架NVH性能分析[J].汽車實用技術，2017(18):167-169.
展開 1 優化目標
需求提升流量計結構剛度的同時要求質量最輕，并綜合加工工藝及制造成本，提出創新型結構設計。
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流量計輕量化--拓撲優化方案.docx
(2)GSAM集成于ANSYS的優化工具
軟件概述
GSAM(GENESIS for ANSYS Mechanical)將GENESIS的拓撲優化及其他優化功能集成到ANSYS workbench環境中。設計者可以在一個可靠，魯棒且易于應用的界面下自動的獲取創新設計。
完全的ANSYS Workbench界面及操作風格
GSAM將拓撲優化集成到ANSYS Workbench環境當中，與ANSYS諸多分析模塊集成使用。GSAM與ANSYS Mechanical高度集成，通過共享模型數據來將GENESIS分析系統添加到ANSYS Workbench當中，在ANSYS Mechanical中通過結構優化工具條定義拓撲優化數據，并進行求解后處理。
采用業界領先的GENESIS求解器進行計算
GSAM求解器完全采用GENESIS的優化求解器。設計優化基于高級近似概念方法，從而快速可靠的獲得最優設計。優化算法使用VR&D著名的優化軟件工具DOT和BIGDOT，具有多目標，多工況以及混合優化的功能。
BIGDOT可以求解超過300萬個設計變量的優化問題。在計算規模日益增大的今天，BIGDOT可以幫用戶解決更為復雜龐大的優化問題。
GENESIS的正則模態分析使用快速特征值求解器SMS，其求解速度是傳統Lanczos方法的2-10倍。計算規模越大，SMS的優勢越明顯。
支持多種分析類型
GTAM拓撲優化分析支持多種分析類型，包括線性靜力分析、慣性釋放、正則模態分析、頻率響應分析、屈曲分析、隨機振動分析、非線性接觸分析等。GTAM均可以和workbench中的以上分析模塊建立無縫連接，此外GTAM還可以支持多步分析系統和多工況分析，在其基礎上進行拓撲優化分析。
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輕量化、拓撲、optistruct的最新內容
摘 要：本文利用optistruct對壓縮機鑄鋁支架進行了拓撲優化分析，并分析了不同網格尺寸和懲罰因子對拓撲優化結果的影響，成功使壓縮機鑄鋁支架重量降低了54.4%。通過對壓縮機拓撲優化方案進行模態、強度和耐久試驗，試驗結果表明：模態錘擊試驗一階模態結果為247.5Hz，滿足壓縮機支架240Hz的模態目標值要求，并順利通過了臺架振動試驗和整車道路耐久試驗，滿足壓縮機支架對結構強度和耐久疲勞的要求。
項目介紹
每年一屆的大學生方程式汽車大賽由英國機械工程師學會 (IMechE) 在英國一級方程式銀石賽道舉辦。來自世界 38 個國家/地區的 178 支報名隊伍將在 2014年展開激烈的角逐。想要獲得勝利，各隊需要展現出他們在技術、工程、設計和制造方面的高超技藝。他們還要考慮到商業車賽的新發展方向，同時反映出該行業的挑戰和需求。在設計高速的先進賽車時，降低重量至關重要。車輛越輕，其加速和操控性能就會越好
南極熊導讀：對于減材工藝，現在的計算機軟件可以輕而易舉地生成對應的輕量化形狀，但這卻增加了制作成本和浪費。不過將這種生成的輕量化形狀用增材工藝來制造，或許又是一條新的思路。
與更傳統的制造方法相比，增材制造（AM，又稱3D打?。┑?quot;自由復雜性"經常被吹捧為主要優勢。用3D打印制造輕量化、仿生形狀或晶格結構的能力經常被譽為選擇它的理由。但是，如果這些仿生部件也可以很容易地用傳統方法制造呢
行業：電子消費品
挑戰：皮帶輪的輕量化設計
Altair 解決方案：利用OptiStruct進行拓撲優化、尺寸和形狀優化分析
優點：減少了材料的使用；實現輕量化設計
背景介紹
蘇州三星電子公司是韓中合資的企業，主要研發和生產主流的家用電器。在過 去的17年里，公司已經生產了許多新款的冰箱和洗衣機，每一款都進行了細致的工程分析
行業：大學生方程式賽車
挑戰：如何為大學生方程式賽車減輕 重量和提高性能。
Altair 解決方案：使用HyperWorks進行優化。
優點：在保持或提升組件剛度的 前提下減輕賽車重量 ； 加快研發速度 ； 節省材料并可進行實際測試 ； 在比賽中取得優異成績
背景介紹
每年一屆的大學生方程式汽車大賽由英國機械工程師學會(IMechE
行業：增材制造
挑戰：如何利用開發設計和優化方 法，從而改進采用激光增材制 造方法生產的部件。
Altair 解決方案：HyperWorks、OptiStruct 和仿 真驅動設計流程。
優點：提高材料利用效率；使結構更輕、更堅固 ； 所需的用戶培訓更少 ； 制造流程靈活、可進行調 整
背景介紹
許多技術創新都基于自然界中生物結構的設計
1 優化目標
需求提升流量計結構剛度的同時要求質量最輕，并綜合加工工藝及制造成本，提出創新型結構設計。
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流量計輕量化--拓撲優化方案.docx
行業 :汽車
挑戰 :如何減輕汽車后扭懸架梁系統的重量，同時提高其耐久性。
Altair 解決方案 :制定一套HyperWorks系列中的自定義工具,消除最初的“反復試錯”的設計循環。
優點 :縮短生產周期，同時生成具有競爭力的、低成本、低重量的后扭懸架梁。
項目介紹
后扭轉梁（RTB）懸架系統通常用于 A、B 和越來越多的
行業：農業機械，通用機械
挑戰：重新設計原來為焊接的懸架部件作為鑄件，同時改善重量和耐久性。
Altair 解決方案：用 Altair Inspire 進行拓撲優 化。
優點：耐久性提高了 2.5 倍；重量減輕 8%；降低生產成本；為使用附加模塊的客戶提供更高的靈活性
項目介紹
Amazone 開發和生產具有高標準質量且具有創新技術農業機械
7GENESIS附加模塊
(1)Design studio for GENESIS優化前后處理工具
Design Studio for GENESIS是一款應對于GENESIS的設計主導的前后處理圖形界面。
Design Studio 允許用戶顯示有限元模型并方便的生成GENESIS的設計數據。它也可以顯示分析結果和優化結果。
(2)GSAM集成于ANSYS的優化工具
軟件概述
