車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的案例
結(jié)構(gòu)優(yōu)化在車身剛度性能優(yōu)化中的應(yīng)用
車身是汽車行駛運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的主要承載體。車身由大量的部件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作條件也十分復(fù)雜。主要的工作載荷包括：驅(qū)動(dòng)慣性力，制動(dòng)慣性力，轉(zhuǎn)向慣性力，不平路面激勵(lì)力和動(dòng)力結(jié)構(gòu)載荷等等。如果車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剛度設(shè)計(jì)不足，則車身的振動(dòng)頻率會(huì)引起結(jié)構(gòu)共振，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)連接的強(qiáng)度失效（產(chǎn)生塑性變形），進(jìn)而導(dǎo)致車門、窗框、背門框等變形過(guò)大。最終導(dǎo)致車門卡死、玻璃破碎、密封失效、漏氣漏水等問(wèn)題。分析車身的剛度，改進(jìn)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高車體剛度是非常重要。
車身性能開發(fā)金字塔的最底層是消費(fèi)者最易感知的性能，即操穩(wěn)性能，而操穩(wěn)性能直接相關(guān)的就是車身的整體剛度性能。（車身扭轉(zhuǎn)剛度、區(qū)域剛度是和車身操穩(wěn)性能相關(guān)的，因此車身扭轉(zhuǎn)剛度的性能目標(biāo)應(yīng)該滿足操穩(wěn)性能要求，也應(yīng)該由操穩(wěn)性能需求來(lái)定義。）
通常更高的車身剛度性能對(duì)于操穩(wěn)、NVH、耐久性能是有益的，那是不是說(shuō)為了提升上述相關(guān)性能可以過(guò)度提高剛度性能呢？當(dāng)然不是，剛度性能提升是要滿足結(jié)構(gòu)最優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，即通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)提升材料有效利用率，而不是靠粗暴地堆疊材料來(lái)提升剛度性能。在提升剛度性能時(shí)還要考慮輕量化要求，只有通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)才能夠在滿足剛度性能要求時(shí)，同時(shí)滿足動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性的要求。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化包括拓?fù)?em>優(yōu)化、形狀優(yōu)化等方法在優(yōu)化車身性能中具有非常重要的作用。拓?fù)?em>優(yōu)化可以合理優(yōu)化材料分布，識(shí)別車身結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)。形狀優(yōu)化進(jìn)一步優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)形狀提升材料效率。
以上包括本田、雷諾、沃爾沃、標(biāo)志、尼桑、寶馬、雷克薩斯、斯柯達(dá)、歐寶等車型開發(fā)過(guò)程中拓?fù)?em>優(yōu)化在結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化中的案例。
展開 基于拓?fù)?em>優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)研究
而前期工程階段，如何布置出合理的車身骨架架構(gòu)，一直是個(gè)相對(duì)空白的地帶，也是整車正向開發(fā)過(guò)程中繞不過(guò)的坎。盡管研發(fā)工程師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，參照現(xiàn)有車型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也能進(jìn)行車身骨架架構(gòu)的設(shè)定，但總是缺乏有效手段直觀地反映不同車型結(jié)構(gòu)布置的特點(diǎn)。本文用拓?fù)?em>優(yōu)化的方法，從結(jié)構(gòu)基本特征的角度來(lái)審視這一問(wèn)題，并運(yùn)用該方法對(duì)某SUV車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，獲得一些直觀性的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：車身,前期工程,拓?fù)?em>優(yōu)化
1 引言
隨著對(duì)整車研發(fā)過(guò)程認(rèn)識(shí)的加深，以及對(duì)正向開發(fā)過(guò)程的探索，在車型開發(fā)前期，對(duì)車身結(jié)構(gòu)做出更合理的規(guī)劃顯得愈來(lái)愈重要。常規(guī)的研發(fā)思路之一是通過(guò)參考已有車型的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)男薷?，形成新?em>結(jié)構(gòu)，并用于新車型中。但是對(duì)于原始車型的設(shè)計(jì)思路、結(jié)構(gòu)布置的原因等缺乏系統(tǒng)的理解，或者理解不深，往往在更改過(guò)程中產(chǎn)生新的問(wèn)題。為了部分解決上述問(wèn)題，本文從結(jié)構(gòu)拓?fù)?em>優(yōu)化的角度，對(duì)某SUV車型車身結(jié)構(gòu)的總體布置進(jìn)行初步探討，以期加深對(duì)結(jié)構(gòu)布置的理解。
2 研究方法概述
合理化的車身結(jié)構(gòu)，是滿足整車基本性能的重要保障。為了能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)布置，文獻(xiàn)[1]使用了拓?fù)?em>優(yōu)化工具來(lái)布置車身結(jié)構(gòu)。其基本思路是從造型以及車內(nèi)空間布置出發(fā)，建立車身空間的基礎(chǔ)網(wǎng)格模型，然后根據(jù)一定的工況要求，對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)格進(jìn)行拓?fù)浞治?，并根?jù)拓?fù)浣Y(jié)果建立梁、板殼模型，并進(jìn)行多項(xiàng)性能的優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)的正向開發(fā)。本文借助于該思想，建立研究對(duì)象的結(jié)構(gòu)空間包絡(luò)，并對(duì)該包絡(luò)進(jìn)行拓?fù)浞治?，然后將仿真結(jié)果與原始結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，尋找車身結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵點(diǎn)，推測(cè)初始結(jié)構(gòu)可能的布置思想，從而加深對(duì)該研究思路的理解。其基本過(guò)程如下圖所示：
3 某SUV車身結(jié)構(gòu)研究
本文選取的研究對(duì)象是某比較受歡迎的城市SUV，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)的研究，有利于了解其總體結(jié)構(gòu)的布置原理。
展開 基于拓?fù)?em>優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)研究
而前期工程
階段，如何布置出合理的車身骨架架構(gòu)，一直是個(gè)相對(duì)空白的地帶，也是整車正向開發(fā)過(guò)程
中繞不過(guò)的坎。盡管研發(fā)工程師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，參照現(xiàn)有車型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也能進(jìn)行車身骨架架
構(gòu)的設(shè)定，但總是缺乏有效手段直觀地反映不同車型結(jié)構(gòu)布置的特點(diǎn)。本文用拓?fù)?em>優(yōu)化的方
法，從結(jié)構(gòu)基本特征的角度來(lái)審視這一問(wèn)題，并運(yùn)用該方法對(duì)某SUV 車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，獲
得一些直觀性的結(jié)論。
瞿元_基于拓?fù)?em>優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)研究.pdf
客車車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化及車內(nèi)噪聲分析
一方面運(yùn)用有限元、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法的有效結(jié)合對(duì)客車車身的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析進(jìn)行了有益的嘗試，對(duì)汽車的優(yōu)化技術(shù)有較強(qiáng)的理論與實(shí)踐意義。另一方面，為客車車內(nèi)噪聲尤其是低頻噪聲控制尋求新韻途徑，有較強(qiáng)的工｛曼實(shí)用意義。對(duì)ＣＡＥ技術(shù)在汽車領(lǐng)域的運(yùn)用有一定的參考價(jià)值。
客車車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化及車內(nèi)噪聲分析.pdf
基于拓?fù)?em>優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)研究
而前期工程階段，如何布置出合理的車身骨架架構(gòu)，一直是個(gè)相對(duì)空白的地帶，也是整車正向開發(fā)過(guò)程中繞不過(guò)的坎。盡管研發(fā)工程師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，參照現(xiàn)有車型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也能進(jìn)行車身骨架架構(gòu)的設(shè)定，但總是缺乏有效手段直觀地反映不同車型結(jié)構(gòu)布置的特點(diǎn)。本文用拓?fù)?em>優(yōu)化的方法，從結(jié)構(gòu)基本特征的角度來(lái)審視這一問(wèn)題，并運(yùn)用該方法對(duì)某SUV車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，獲得一些直觀性的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：車身,前期工程,拓?fù)?em>優(yōu)化
1 引言
隨著對(duì)整車研發(fā)過(guò)程認(rèn)識(shí)的加深，以及對(duì)正向開發(fā)過(guò)程的探索，在車型開發(fā)前期，對(duì)車身結(jié)構(gòu)做出更合理的規(guī)劃顯得愈來(lái)愈重要。常規(guī)的研發(fā)思路之一是通過(guò)參考已有車型的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)男薷模纬尚碌?em>結(jié)構(gòu)，并用于新車型中。但是對(duì)于原始車型的設(shè)計(jì)思路、結(jié)構(gòu)布置的原因等缺乏系統(tǒng)的理解，或者理解不深，往往在更改過(guò)程中產(chǎn)生新的問(wèn)題。為了部分解決上述問(wèn)題，本文從結(jié)構(gòu)拓?fù)?em>優(yōu)化的角度，對(duì)某SUV車型車身結(jié)構(gòu)的總體布置進(jìn)行初步探討，以期加深對(duì)結(jié)構(gòu)布置的理解。
2 研究方法概述
合理化的車身結(jié)構(gòu)，是滿足整車基本性能的重要保障。為了能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)布置，文獻(xiàn)[1]使用了拓?fù)?em>優(yōu)化工具來(lái)布置車身結(jié)構(gòu)。其基本思路是從造型以及車內(nèi)空間布置出發(fā)，建立車身空間的基礎(chǔ)網(wǎng)格模型，然后根據(jù)一定的工況要求，對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)格進(jìn)行拓?fù)浞治?，并根?jù)拓?fù)浣Y(jié)果建立梁、板殼模型，并進(jìn)行多項(xiàng)性能的優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)的正向開發(fā)。本文借助于該思想，建立研究對(duì)象的結(jié)構(gòu)空間包絡(luò)，并對(duì)該包絡(luò)進(jìn)行拓?fù)浞治?，然后將仿真結(jié)果與原始結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，尋找車身結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵點(diǎn)，推測(cè)初始結(jié)構(gòu)可能的布置思想，從而加深對(duì)該研究思路的理解。其基本過(guò)程如下圖所示：
3 某SUV車身結(jié)構(gòu)研究
本文選取的研究對(duì)象是某比較受歡迎的城市SUV，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)的研究，有利于了解其總體結(jié)構(gòu)的布置原理。
展開 實(shí)際工作中車身結(jié)構(gòu)膠優(yōu)化(原創(chuàng)實(shí)例)
結(jié)構(gòu)膠對(duì)于車身扭轉(zhuǎn)剛度及模態(tài)有明顯的提升作用，但是由于成本的限制不可能每一處都要布置結(jié)構(gòu)膠，因此，需要對(duì)結(jié)構(gòu)膠的位置進(jìn)行優(yōu)化，在關(guān)鍵的位置布置結(jié)構(gòu)膠。
1.首先在車身上打滿結(jié)構(gòu)膠，彈性模量為1800Mpa，后續(xù)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)膠的參數(shù)進(jìn)行篩選。
2.定義優(yōu)化變量，選擇結(jié)構(gòu)膠的Prop即可
3.由于是在車身上布膠，因此需要定義左右對(duì)稱
4.定義響應(yīng)，此處只針對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行分析，響應(yīng)選擇體積分?jǐn)?shù)和應(yīng)變能
5.定義約束，體積分?jǐn)?shù)最大0.3
6.定義目標(biāo)
7.提交計(jì)算后，經(jīng)過(guò)7個(gè)迭代步，分析，查看優(yōu)化結(jié)果，紅色位置是需要布置的
8.對(duì)比分析：打滿結(jié)構(gòu)膠、優(yōu)化結(jié)構(gòu)膠，可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化的結(jié)構(gòu)膠有效的提升了性能
9.通過(guò)HyperStudy對(duì)結(jié)構(gòu)膠參數(shù)進(jìn)行篩選，將結(jié)構(gòu)膠單獨(dú)放在一個(gè)include文件中，定義參數(shù)化模板
10.定義完畢后，新建HST，選擇參數(shù)化文本
11.定義源文件、求解器輸入文件名稱、選擇求解器
12.定義完畢模型后，點(diǎn)擊導(dǎo)入設(shè)計(jì)變量，在明細(xì)一欄中，定義離散變量Discrete，然后定義變量取值，此處共定義了20個(gè)離散值。
13.提交作業(yè)，完成模型計(jì)算，顯示成功才說(shuō)明模型完成計(jì)算，但還要檢查是否產(chǎn)生成h3d結(jié)果文件，成功不到表真正計(jì)算成功。
14.確認(rèn)成功后，可以定義響應(yīng)。通過(guò)提取點(diǎn)的位移，然后通過(guò)公式換算得到剛度值
15.定義完畢后，可以創(chuàng)建DOE，選擇結(jié)構(gòu)膠變量，選擇輸出的響應(yīng)，因?yàn)橐呀?jīng)定義了20個(gè)離散值，選擇取樣方法時(shí)，定義取樣數(shù)量，然后對(duì)矩陣進(jìn)行編輯即可。然后進(jìn)入下一步提交作業(yè)，計(jì)算每個(gè)樣本點(diǎn)，自動(dòng)獲取響應(yīng)值，省去了單獨(dú)計(jì)算提取結(jié)果的麻煩。
展開 基于 Inspire Extrude 的白車身門檻梁用鋁型材擠壓仿真模擬與模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化
陳亮 謝國(guó)文 田永生 陳曉紅 尤彬波 吳雄偉
廣汽研究院工藝工程部 廣州
摘要：本文借助于基于任意拉格朗日-歐拉（ALE）有限元法的 Altair 擠壓仿真分析模塊 Inspire Extrude 軟件，在產(chǎn)品開發(fā)階段針對(duì)車身門檻梁用大型復(fù)雜截面的分流寬展模進(jìn)行正 向穩(wěn)態(tài)擠壓仿真模擬，對(duì)型材出口流速、位移等結(jié)果進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)型材擠出的彎曲、翹曲 等問(wèn)題。同時(shí)基于初步的仿真分析結(jié)果，通過(guò)優(yōu)化初始模具結(jié)構(gòu)中的分流孔、調(diào)整工作帶長(zhǎng) 度等方面，再次進(jìn)行擠壓仿真模擬，得到出口流速趨于均勻的分析結(jié)果。最后對(duì)優(yōu)化后的模 具結(jié)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)證，實(shí)際表明仿真分析結(jié)果基本與生產(chǎn)一致，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低 了模具調(diào)試成本。
關(guān)鍵詞：車身用型材 鋁擠壓 有限元模擬仿真 ALE 有限元
1 概述
近些年，為解決全球氣候環(huán)境的溫室效應(yīng)，降低燃油車尾氣排放問(wèn)題，全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)不斷發(fā)展。車身的輕量化是提高電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程，解決用戶“里程焦慮”的有效方法之一。在車身輕量化方案中，鋁擠壓型材以其比鋼更低的密度，相對(duì)于沖壓鋁板更低的制造成本，同時(shí)以具備多車型平臺(tái)共用的潛力得以在電動(dòng)車下車身各類梁中得以廣泛應(yīng)用[1]。
由于車身加強(qiáng)梁類擠壓型材（如門檻梁、中通道和前/后縱梁等）大多具有多型腔、截面大、壁厚薄特點(diǎn)，同時(shí)強(qiáng)度和精度要求高，因此在前期車身設(shè)計(jì)開發(fā)階段，對(duì)鋁型材進(jìn)行工藝同步仿真分析具有十分重要的作用。
展開 結(jié)構(gòu)優(yōu)化案例1—L型結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)（減重）
4.3.1 應(yīng)力水平
圖 14優(yōu)化前后應(yīng)力水平比較
觀察整體結(jié)構(gòu)各部位的應(yīng)力水平，可以看到幾個(gè)問(wèn)題：
原始結(jié)構(gòu)主要承力部分Mise應(yīng)力為230MPa，閑置部分Mise應(yīng)力為50MPa；優(yōu)化后結(jié)構(gòu)主要承力部分Mise應(yīng)力415Mpa，閑置部分170MPa。這個(gè)體現(xiàn)了輕量化設(shè)計(jì)的一個(gè)核心：將分擔(dān)給閑置（應(yīng)力水平較?。┎糠值某休d施加到主傳力路徑，相當(dāng)于“能者多勞”。但是在這種模式下，結(jié)構(gòu)應(yīng)力達(dá)到415MPa（假設(shè)400MPa為屈服極限），這時(shí)候我們?cè)撛趺崔k？
拓?fù)渥鳛橐粋€(gè)優(yōu)化問(wèn)題，我們想要找到最優(yōu)解，但是軟件給的結(jié)果真的是最優(yōu)的嗎，還是只是較優(yōu)？（考慮下優(yōu)化后仍有一定的“閑置”部分）
很多做分析的伙伴看到那個(gè)拐角肯定會(huì)很不舒服，那的確是個(gè)不合理的結(jié)構(gòu)。但是對(duì)于該問(wèn)題，如何找到拐角處的合理結(jié)構(gòu)？在該例中再加上應(yīng)力約束是否是一種較好的方法？（分析一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題的時(shí)候我們往往會(huì)留主和分解，考慮下優(yōu)化）
4.3.2 剛度情況
圖 15優(yōu)化前后剛度比較
剛度情況我們可以通過(guò)結(jié)構(gòu)的最大位移簡(jiǎn)單比較，可以看到原始結(jié)構(gòu)最大位移0.0924mm，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)0.158mm。于是就有人問(wèn)了，我優(yōu)化這個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度，為什么整體剛度反而降低了？這是一個(gè)簡(jiǎn)單但是很重要的問(wèn)題，體現(xiàn)了我們何時(shí)知道需要優(yōu)化以及怎么去優(yōu)化。
展開 結(jié)構(gòu)優(yōu)化新功能 | 拓?fù)?em>優(yōu)化后結(jié)構(gòu)力學(xué)特性之可視化
產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)初期，單純的憑借經(jīng)驗(yàn)以及想象對(duì)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)往往是不夠的，在適當(dāng)約束條件下，如果能充分利用“拓?fù)?em>優(yōu)化技術(shù)”進(jìn)行分析，并結(jié)合豐富的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)出更能滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)方案、工藝要求以及更質(zhì)輕質(zhì)優(yōu)的產(chǎn)品。
拓?fù)?em>優(yōu)化（topology optimization）是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，將區(qū)域離散成足夠多的子區(qū)域，借助FEM分析技術(shù)按照指定的優(yōu)化策略、約束準(zhǔn)則、目標(biāo)等從這些區(qū)域中刪除一定數(shù)量單元，用保留下來(lái)的單元描述結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)?，發(fā)揮系統(tǒng)材料最大利用率。拓?fù)?em>優(yōu)化后，通常需要對(duì)其產(chǎn)生的結(jié)果模型進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，完全復(fù)制拓?fù)?em>優(yōu)化前的邊界條件進(jìn)行仿真計(jì)算。
以往版本需要在WorkBench中添加后續(xù)分析模塊去驗(yàn)證優(yōu)化后的模型。拓?fù)?em>優(yōu)化后的仿真計(jì)算設(shè)計(jì)驗(yàn)證過(guò)程如下圖所示。先在拓?fù)浣Y(jié)果中生成光順平滑的 STL 模型后，再在 Workbench 中通過(guò)“Transfer to Design Validation System”將優(yōu)化結(jié)果傳遞至驗(yàn)證系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)生成位于拓?fù)?em>優(yōu)化系統(tǒng)上游的相同類型的Mechanical系統(tǒng)，并繼承之前的全部計(jì)算載荷和約束。創(chuàng)建該驗(yàn)證工作流程，分為四步，在創(chuàng)建的驗(yàn)證系統(tǒng)中去劃分網(wǎng)格運(yùn)行計(jì)算及查看設(shè)計(jì)結(jié)果。
前面版本雖然可以比較方便地把優(yōu)化后的模型導(dǎo)入到新的靜力學(xué)結(jié)構(gòu)仿真中，進(jìn)行優(yōu)化模型的驗(yàn)證，但2022R1版本新增擁有了更便捷的功能，可以直接在結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)中查看優(yōu)化后的力學(xué)特性，即允許用戶直觀可視化最終設(shè)計(jì)的結(jié)果（變形、應(yīng)力、特征值模態(tài)等），更方便快速檢查和驗(yàn)證力學(xué)行為。
展開 Ansys Workbench中拓?fù)?em>優(yōu)化后結(jié)構(gòu)力學(xué)特性之可視化 | 結(jié)構(gòu)優(yōu)化新功能
產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)初期，單純的憑借經(jīng)驗(yàn)以及想象對(duì)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)往往是不夠的，在適當(dāng)約束條件下，如果能充分利用“拓?fù)?em>優(yōu)化技術(shù)”進(jìn)行分析，并結(jié)合豐富的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)出更能滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)方案、工藝要求以及更質(zhì)輕質(zhì)優(yōu)的產(chǎn)品。
拓?fù)?em>優(yōu)化（topology optimization）是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，將區(qū)域離散成足夠多的子區(qū)域，借助FEM分析技術(shù)按照指定的優(yōu)化策略、約束準(zhǔn)則、目標(biāo)等從這些區(qū)域中刪除一定數(shù)量單元，用保留下來(lái)的單元描述結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)洌l(fā)揮系統(tǒng)材料最大利用率。拓?fù)?em>優(yōu)化后，通常需要對(duì)其產(chǎn)生的結(jié)果模型進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，完全復(fù)制拓?fù)?em>優(yōu)化前的邊界條件進(jìn)行仿真計(jì)算。
以往版本需要在WorkBench中添加后續(xù)分析模塊去驗(yàn)證優(yōu)化后的模型。拓?fù)?em>優(yōu)化后的仿真計(jì)算設(shè)計(jì)驗(yàn)證過(guò)程如下圖所示。先在拓?fù)浣Y(jié)果中生成光順平滑的 STL 模型后，再在 Workbench 中通過(guò)“Transfer to Design Validation System”將優(yōu)化結(jié)果傳遞至驗(yàn)證系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)生成位于拓?fù)?em>優(yōu)化系統(tǒng)上游的相同類型的Mechanical系統(tǒng)，并繼承之前的全部計(jì)算載荷和約束。創(chuàng)建該驗(yàn)證工作流程，分為四步，在創(chuàng)建的驗(yàn)證系統(tǒng)中去劃分網(wǎng)格運(yùn)行計(jì)算及查看設(shè)計(jì)結(jié)果。
前面版本雖然可以比較方便地把優(yōu)化后的模型導(dǎo)入到新的靜力學(xué)結(jié)構(gòu)仿真中，進(jìn)行優(yōu)化模型的驗(yàn)證，但2022R1版本新增擁有了更便捷的功能，可以直接在結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)中查看優(yōu)化后的力學(xué)特性，即允許用戶直觀可視化最終設(shè)計(jì)的結(jié)果（變形、應(yīng)力、特征值模態(tài)等），更方便快速檢查和驗(yàn)證力學(xué)行為。
展開 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析系列（三）：APDL在Workbench中的優(yōu)化設(shè)計(jì) ￥9
1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)概述
所謂優(yōu)化，是指最大化或最小化，而優(yōu)化設(shè)計(jì)是指尋找一種方案以滿足所有的設(shè)計(jì)要求，并且需要的支出最少。
優(yōu)化設(shè)計(jì)有兩種分析方法:解析法--通過(guò)求解微分與極值，求解出最小值;數(shù)值法--借助計(jì)算機(jī)和有限元，通過(guò)反復(fù)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(duì)復(fù)雜的問(wèn)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(yīng)用于工程中。
隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法取得了較大的發(fā)展。根據(jù)設(shè)計(jì)變量的類型不同，結(jié)構(gòu)優(yōu)化已由較低層次的尺寸優(yōu)化發(fā)展到較高層次的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化，進(jìn)而發(fā)展到更高層次的拓?fù)?em>優(yōu)化。優(yōu)化算法也由簡(jiǎn)單的準(zhǔn)則法發(fā)展到數(shù)學(xué)規(guī)劃法，進(jìn)而發(fā)展到遺傳算法等。
在保證產(chǎn)品達(dá)到某些性能目標(biāo)并滿足一定的約束條件的前提下，通過(guò)改變某些允許改變的設(shè)計(jì)變量，使產(chǎn)品的指標(biāo)或性能達(dá)到最期望的目標(biāo)，就是優(yōu)化方法。
1.2 優(yōu)化分析工具
ANSYS Workbench 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優(yōu)化工具)、Goal Driven Optimization(多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化分析工具)、Parameters Correlation(參數(shù)相關(guān)性優(yōu)化分析工具)、Response Surface(響應(yīng)曲面優(yōu)化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優(yōu)化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優(yōu)化工具):設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)，利用默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設(shè)計(jì)點(diǎn)。
(3)Parameters Correlation(參數(shù)相關(guān)性優(yōu)化分析工具):可以得出某一輸入?yún)?shù)對(duì)響應(yīng)曲面的影響的大小。
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ANSYS結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊的形貌優(yōu)化 ￥50
ANSYS Workbench 形貌優(yōu)化主要是針對(duì)薄殼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，改變其表面形貌，如凸起，加強(qiáng)等。
原模型
整體變形為0.87mm。
質(zhì)量約束為100%
形貌優(yōu)化后，同質(zhì)量下，整體變形為0.12mm，結(jié)構(gòu)剛度明顯提升。
拓?fù)?em>優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化算例
拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化算例
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析系列（二）：熱固耦合優(yōu)化設(shè)計(jì) ￥9
1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)概述
所謂優(yōu)化，是指最大化或最小化，而優(yōu)化設(shè)計(jì)是指尋找一種方案以滿足所有的設(shè)計(jì)要求，并且需要的支出最少。
優(yōu)化設(shè)計(jì)有兩種分析方法:解析法--通過(guò)求解微分與極值，求解出最小值;數(shù)值法--借助計(jì)算機(jī)和有限元，通過(guò)反復(fù)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(duì)復(fù)雜的問(wèn)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(yīng)用于工程中。
隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法取得了較大的發(fā)展。根據(jù)設(shè)計(jì)變量的類型不同，結(jié)構(gòu)優(yōu)化已由較低層次的尺寸優(yōu)化發(fā)展到較高層次的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化，進(jìn)而發(fā)展到更高層次的拓?fù)?em>優(yōu)化。優(yōu)化算法也由簡(jiǎn)單的準(zhǔn)則法發(fā)展到數(shù)學(xué)規(guī)劃法，進(jìn)而發(fā)展到遺傳算法等。
在保證產(chǎn)品達(dá)到某些性能目標(biāo)并滿足一定的約束條件的前提下，通過(guò)改變某些允許改變的設(shè)計(jì)變量，使產(chǎn)品的指標(biāo)或性能達(dá)到最期望的目標(biāo)，就是優(yōu)化方法。
1.2 優(yōu)化分析工具
ANSYS Workbench 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優(yōu)化工具)、Goal Driven Optimization(多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化分析工具)、Parameters Correlation(參數(shù)相關(guān)性優(yōu)化分析工具)、Response Surface(響應(yīng)曲面優(yōu)化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優(yōu)化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優(yōu)化工具):設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)，利用默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設(shè)計(jì)點(diǎn)。
(3)Parameters Correlation(參數(shù)相關(guān)性優(yōu)化分析工具):可以得出某一輸入?yún)?shù)對(duì)響應(yīng)曲面的影響的大小。
展開 結(jié)構(gòu)優(yōu)化從入門到精通-拓?fù)?em>優(yōu)化簡(jiǎn)介
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</div><p>問(wèn)題描述：整個(gè)結(jié)構(gòu)在節(jié)點(diǎn)Node A 和Node B兩個(gè)位置處分別承受1000N的載荷，要求設(shè)計(jì)一個(gè)重量最輕的結(jié)構(gòu)，使其受力位置（Node A和Node B）處位移小于0.7mm。</p><p>以上結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題是一種通俗說(shuō)明，如何從優(yōu)化專業(yè)的角度來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題呢？</p><h2>推薦大家使用<strong>DRCO</strong>的方法：</h2><p><strong>D</strong>(Design Variables)-設(shè)計(jì)變量，也就是意圖改變的結(jié)構(gòu)區(qū)域或者參數(shù)等。</p><p><strong>R</strong>(Responses)-優(yōu)化響應(yīng)，關(guān)注的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，如重量，體積，載荷工況下的位移和應(yīng)力，疲勞壽命，振動(dòng)頻率等。</p><p><strong>C</strong>(Constraints)-優(yōu)化約束，約束是對(duì)優(yōu)化響應(yīng)的約束，即控制關(guān)注的某些結(jié)構(gòu)性能參數(shù)在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，例如位移小于0.7mm。</p><p><strong>O</strong>(Objective)-優(yōu)化目標(biāo)，即最大化（最小化）關(guān)注的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，例如重量最小。</p><p>下面演示C型夾結(jié)構(gòu)拓?fù)?em>優(yōu)化DRCO在HyperWorks最新版本中的定義流程。模型導(dǎo)入到HyperWorks中后，需要熟悉有限元模型，首先檢查模型的載荷邊界條件，其次查看優(yōu)化區(qū)域的單元類型。本案例是一個(gè)用2D單元（PShell屬性）建立的有限元靜力學(xué)模型。
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