Altair OptiStruct的案例
基于Altair Optistruct的精沖壓力機機架兩步拓撲優化
將上述模型提交Altair Optistruct進行求解計算，并在Hyperview中進行后處理，查看第二步拓撲優化結果，如圖9所示（相對密度閾值設為0.3）。
由圖9可以看出，經過兩步拓撲優化后的結果大多為板狀結構，不存在材料堆積、細小結構等不規則結構。基于此優化結果對機架結構進行了最終設計，最終設計的機架結構如圖10所示。
四、最終設計的機架結構分析
為了驗證優化后機架結構的合理性，對最終設計的機架結構進行了有限元分析。有限元建模方法與之前有限元分析的建模方式一致，此處不再贅述。有限元分析結果如圖11所示。
通過圖11和圖3中的數據對比可以發現：機架的最大應力有所增加，但仍在許用應力范圍之內，對機架結構強度影響不大；除此之外，機架的整體剛度、局部剛度和動態特性等均有所改善，且總體積（或重量）減小了13.66%，成功實現了輕量化。
五、總結與結論
1）本優化案例采用了一種基于Altair Optistruct的精沖壓力機機架兩步拓撲優化方法（如圖12所示），采用這種方法，可以得到結構清晰、易于再設計的機架結構優化結果。這種方法也可以推廣至其他工程結構的優化設計中；
2）基于所提出的兩步拓撲優化方法對12000 kN精沖壓力機機架進行了結構優化設計，得到了新的機架結構形式，且優化后的機架結構與原始機架結構相比，在綜合性能提高的情況下，體積（或重量）減少了13.66%，成功實現了輕量化；
3）通過分析優化后機架的結構特點，得到兩個結論：第一是機架頂部設計為圓弧形，有利于在保證機械性能的前提下，節省材料、降低生產制造成本；第二是材料分布靠近約束部位、重心低，有利于提高結構的動態性能。
展開 三星班加羅爾研究所采用Altair OptiStruct優化智能手機外殼設計
圖 5（a）OptiStruct 的后殼基線設計和優化設計的比較
（b）優化前殼設計形狀沿 z 方向變化
來源：Altair仿真驅動設計
強大的優化設計軟件Altair OptiStruct 附Altair OptiStruct下載
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。它的確是結構設計工程師不可多得的好工具。
下載地址：Altair OptiStruct_v12-2019新功能
展開 醫療植入物的拓撲優化
利用Altair OptiStruct拓撲優化進行車架設計
如今，得益于增材制造，Altair OptiStruct回到了它的本源，被用來設計骨骼植入體。整個過程畫了一個完美的圈，從最初拓撲優化被用來模擬骨骼生長的自然表現，最終大自然成為了設計工程師最好了引路人。
Altair OptiStruct解算器現被用在Altair HyperWorks和Altair Inspire。
Altair OptiStruct是提供拓撲優化的解算器和優化器，但是這個工具是為仿真專家而設計的。Altair Inspire包含了Altair OptiStruct的功能，使用了更加友好的用戶界面，使得設計工程師能夠在產品設計的早期階段使用到拓撲優化技術。
——Yuhao He，Altair高級項目經理
Altair Inspire界面示意圖
Altair OptiStruct解算器以各種形式被使用在了髖關節植入體，頜骨植入體和脊柱植入體。
展開 
Altair OptiStruct重塑制造業創新邏輯
Altair OptiStruct作為結構分析與優化領域的標桿軟件，用三十載技術沉淀，為航空航天、汽車、工業機械等行業注入創新動能，讓“優化驅動設計”不再是口號。
在傳統設計流程中，“先建模、后驗證”的模式往往導致反復迭代，既浪費時間又增加成本。而OptiStruct顛覆性的“單一模型，全流程優化”理念，徹底改變了這一現狀。從概念設計階段的拓撲優化，到詳細設計的形狀、尺寸優化，再到復合材料的鋪層優化，它將線性/非線性分析、多物理場耦合等功能無縫集成，讓工程師在一個平臺上就能完成從方案探索到性能驗證的全鏈路工作。搭載的AMSES自動多級子結構求解器，能快速處理百萬自由度模型，一小時內完成數千階模態計算，將原本數月的仿真周期壓縮至數周。
航空航天領域的突破最能彰顯其硬核實力。在空客A380機翼前緣肋設計中，OptiStruct通過拓撲與尺寸優化結合，實現了44%的減重效果，單架飛機減重達500kg，直接讓每英里每座運行成本降低20%，且13根肋的設計方案僅用7周就完成交付。而SOGECLAIR Aerospace借助其拓撲優化與增材制造協同能力，讓航空發動機吊架零件數量減少97%，重量減輕20%，同時保持結構強度不變。這些案例印證了OptiStruct在極端工況下的可靠性，也成為行業標桿。
在汽車行業，輕量化與新能源轉型相輔相成。OptiStruct支持從車身底盤到電池包的全組件優化，既能通過多物理場仿真保障碰撞安全與NVH性能，又能精準控制材料用量，幫助車企實現10-30%的減重目標，直接提升續航里程與燃油經濟性。2025版本新增的PhysicsAI?集成功能，更讓AI模型賦能仿真流程，在保證精度的同時進一步提升效率，完美適配智能汽車的復雜設計需求。
更難得的是，OptiStruct始終兼顧技術先進性與制造實用性。
展開 Altair 全球研發專家與您零距離---OptiStruct & RADIOSS
Altair 全球研發專家與您零距離
OptiStruct & RADIOSS
HyperWorks 作為業界最全面的計算機輔助工程（CAE）仿真解決方案，已經受到全球制造業企業的廣泛親睞。在過去的十幾年間，Altair 通過自主開發、收購以及開展第三方合作的方式不斷加快和增強CAE求解器的研發進程，以滿足用戶的全方位要求。目前在HyperWorks 解決方案中，其求解器功能已經涵蓋碰撞安全、結構優化、鳥撞分析、跌落測試、多體動力學分析、噪聲振動NVH 分析、流體動力學CFD 分析、虛擬風洞測試、電磁仿真、鈑金成型等諸多熱點問題的求解。
為了更好地了解國內用戶的需求，幫助用戶真正解決CAE 仿真求解問題，Altair 特別邀請Altair 全球研發專家團隊來到中國，與國內的用戶進行交流，深入了解Altair 求解器的功能，探索CAE 求解器的未來。本次“對話”活動主要涉及OptiStruct 和RADIOSS 兩大求解器，歡迎廣大用戶積極參與。
主講嘉賓介紹
Dr. Harold Thomas
OptiStruct 產品研發總監
Dr. Harold Thomas 負責Altair OptiStruct 產品開發，是首批OptiStruct 研發團隊成員，同時也是美國航空航天學會的副研究員。他與世界各地的用戶進行交流，了解用戶需求，確定軟件的研發方向和發展趨勢，并與Altair 軟件開發團隊一起升級軟件的重要功能。
Dr. Harold Thomas 在結構優化和有限元分析領域工作25 年以上。畢業于紐約哥倫比亞大學機械工程專業，并在加利福尼亞大學洛杉磯分校獲得航空工程博士學/位。除了大量的學術期刊論文，有超過40 篇論文在美國航空航天學會和Altair 技術大會上發表。
展開 使用OptiStruct進行產品拓撲優化實例
Altair OptiStruct 10.0拓撲優化實例1.pdf
Altair OptiStruct 10.0拓撲優化實例2.part1.rar
Altair OptiStruct 10.0拓撲優化實例2.part2.rar
Altair 2018 結構仿真與優化技術暨OptiStruct用戶大會成功召開
2018年8月30-31日，Altair結構仿真與優化技術暨OptiStruct用戶大會在青島富力艾美酒店成功召開。作為2018 Altair技術大會系列中最為熱門的一場技術盛宴，大會吸引了近400位行業嘉賓和OptiStruct用戶到場，Altair合作伙伴Huawei、Intel、DELL和MAGNA在外場進行了豐富的業務演示。
Altair大中華區總經理劉源博士首先致歡迎辭，介紹Altair愿景和最新進展，感謝OptiStruct用戶多年來的信任與支持，并期望每年的技術大會都能成為Altair用戶們分享、交流和暢享最新知識的平臺。Altair高級副總裁、結構求解器和優化技術研發團隊負責人周明博士發表主題演講“仿真驅動設計 - OptiStruct最新技術和路標”，Altair全球OptiStruct業務發展總監Warren Dias先生、Altair電子和船舶行業副總裁Molly Heskitt女士以及Altair企業計算高級副總裁Joseph Sorovetz先生分別帶來了結構優化求解器在各重點行業的應用、高性能計算及企業方案應用等最新案例。來自中國商飛北研中心、安徽合力股份有限公司、泛亞汽車技術中心、青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司、百得（蘇州）科技有限公司的領導和專家以及Altair合作伙伴華為、Intel等在大會主會場發言。與會者既有Altair多年老用戶，也不乏來自新興應用領域的新朋友，各行業專家匯聚一堂，就優化設計、產品創新、智能制造等應用方向分享最新思路和成功故事，令與會者獲益匪淺。
大會第二天行業分會場，來自中航一飛院、海爾家電、北汽越野車研究院、北汽新能源、吉利汽車、上汽通用五菱、上汽集團、青島四方、中國船舶及海洋工程研究院等OptiStruct用戶分享了各自領域的技術應用案例和專題研究項目，深入交流。
展開 Altair-OptiStruct拓撲優化功能在兒童座椅金屬結構設計中的應用案例分析
摘要
本課題利用Altair-OptiStruct拓撲優化分析軟件對兒童座椅內部金屬結構件進行輕量化設計研究，優化后結構布局更合理且質量減輕30%，旨在探索了一種結構優化合理設計和省材減重的方法。
一、研究背景
兒童座椅在進行碰撞測試的法規試驗中，主要通過座椅內部的金屬結構件來承擔的沖擊力，從而保證整椅結構的完好性，達到保護乘員兒童的效果。在座椅的研發階段，結構工程師為了順利通過碰撞測試，往往對金屬件進行過剩設計，一方面，可能造成材料浪費、座椅過重；另一方面，可能由于結構過強、吸能效果差，導致兒童假人在沖擊過程中各項傷害值超標。為了解決這一問題，嘗試對某款產品的金屬結構件進行輕量化分析，希望能為結構工程師提供設計方向。
二、分析思路
通過分析該金屬結構件在座椅中的裝配關系以及法規要求下不同動態工況的受力狀態，碰撞主要考察座椅在不同安裝方向下的正碰、后碰和側碰工況。合理地設置約束與加載進行拓撲優化分析，再將優化后結構代入動態工況中進行校核驗證，強度滿足且假人傷害值達標即可。
三、方法步驟
本案例選取座椅底座上的金屬壓板件作為研究對象。首先厘清結構件與座椅其他件的連接、接觸關系以及碰撞過程中的受力狀態，再合理設置優化分析的邊界條件，具體步驟：1.兩側與isofix外殼焊接，將其下邊緣自由度完全約束；2.孔與底座螺柱連接，對washer單元僅釋放Z方向自由度，并對每個孔向下施加載荷500N模擬孔的拉力；3.翻邊面與其他金屬結構表面接觸，在此表面均勻施加200N的載荷。
展開 領取：3D打印設計與仿真軟件廠商Altair 2022年臺歷
Altair 3D打印應用案例
航空航天：法國航空供應商SOGECLAIR 公司使用粉末粘結結合鑄造的增材制造技術生產飛機艙門，使用 Altair Inspire 進行拓撲優化，Altair OptiStruct進行有限元分析，Altair 軟件產品的高效和精確使得最終的產品重量大幅減輕，降低了成本，極大地縮短了產品的開發周期。
汽車：3i-PRINT項目聯合Altair在內的六家公司，借助大眾Caddy 概念車，演示增材制造技術的可行性，Altair 提供軟件方案，用于汽車前艙機構件的設計、優化、模擬及研發工作。在成功完成該概念產品的模擬及設計后，APWORKS 負責確定該3D打印結構件的最終尺寸。
機械制造：M&H CNC-TECHNIK GmbH 公司使用 Inspire Print3D 進行打印過程仿真、Inspire Print3D 大大增強了制造前評估設計和客戶零件的能力，對打印過程中出現的任何問題能夠做出相應的反應。對于企業來說第一次就能正確制造出獨特的零件是一種競爭優勢。
生物醫療：ANDIAMO 公司借助 Altair 的仿真技術進行3D打印矯具的設計生產，通過仿真 ANDIAMO 的工程師能夠快速識別會導致疼痛和不適的壓力點，提供設計指導，幫助解決開發階段的問題，并生產像第二層皮膚一樣的輕量化產品。采用 Altair OptiStruct 和 Altair Inspire 可以進行醫學植入物設計，通過仿真技術，產品更接近骨骼的力學性能，可靠性更高。
家居設計：Zaha Hadid 建筑事務所利用 Altair OptiStruct 拓撲優化技術探索新的設計流程和方式。
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
行業：汽車
挑戰：設計一輛僅使用太陽能的高性能賽車
Altair 解決方案：使用OptiStruct最小化復合材料的車身和底盤重量
優點：2012的設計相比于2009的設計減輕了90kg；
背景介紹
世界太陽能挑戰賽是一個3,000公里的比賽，從北部的達爾文市到南部的阿德 萊德市，穿越澳大利亞整個內地。該賽事吸引了世界各地的學生和專業團隊來設 計、制造僅僅使用太陽能的賽車并進行比賽。這是一場性能的競賽，展示了最新 的技術，比如鋰電池、太陽能電池以及最優的材料輕量化設計技術。賽車的設計 重點聚焦在空氣動力學和重量上，制造材料為航空鋁合金、鈦和碳纖維等材料。 由于應用了這些材料，相對于商用汽車而言，太陽能賽車是非常輕的。太陽能賽 車比賽中的頂尖車隊擁有最輕的賽車，往往歸功于高級優化方法的應用。
密歇根大學的太陽能車隊通過應用Altair OptiStruct優化技術，從2009年的 Infinium賽車設計到2012年的Quantum賽車設計，成功將重量減少了90kg。在2011 世界太陽能挑戰賽中，密歇根團隊取得了第三名，這是美國隊伍有史以來的最好 成績。這支隊伍也取得了其它七項美國太陽能汽車挑戰賽的冠軍。
挑戰
頂尖團隊建造的車輛完全采用復合材料的車身、底盤與下半身連接。整車主要分成兩部分：上半身包含太陽能電池，下半身包含底盤和驅動總成。兩部分都 完全采用碳纖維-蜂窩夾芯的三明治結構，這樣的結構擁有極高的強度-重量比。
碳纖維車身的最終產品要足夠堅固以應對所有的載荷工況，同時重量盡可能達到最輕。作為整車的骨干結構，底盤有著最復雜的載荷工況；它需要負載重物，如車手和電池，還要承受所有從地面沿懸掛系統傳來的加速度沖擊。
展開 
白車身彎曲剛度分析 ￥1
2 使用軟件說明
本次分析采用 Hypermesh 作前處理，Altair optistruct 求解。HyperMesh 是世界領先的、
功能強大的 CAE 應用軟件包，也是一個創新、開放的企業級 CAE 平臺，它集成了設計與
分析所需的各種工具，具有無與倫比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面，
與多種 CAD 和 CAE 軟件有良好的接口并具有高效的網格劃分功能；Altair Optistruct 是一
個綜和隱式和顯示求解器于一體的大規模有限元計算軟件，幾乎所有的線性和非線性問題
都可以通過其進行求解。Altair Optistruct 最強大的功能是其友好的 CAO 接口，通過 Altair
Optistruct 可以進行任何形狀、尺寸、拓撲結構的優化，采用固定的內存分配技術，具有
很高的計算精度和效率。
3 有限元模型建立
根據設計部門提供的白車身的工藝數模建立 QQ 的計算模型，對模型進行了有限元離
散處理：白車身所有零部件都采用板殼單元進行離散，并盡量采用四邊形板殼單元模擬，
少量三角形單元以滿足高質量網格的過渡需要；粘膠用實體單元模擬，焊點采用 CWELD
和 RBE2 單元模擬。其中四邊形單元 469700 個，三角形單元 15543 個，三角形單元比例
3.4%。
4 白車身彎曲剛度分析邊界條件
對設計車 QQ 施加邊界條件：在前懸架與車身連接處約束 X、Y、Z 移動自由度，三
個子工況分別約束后懸架板簧前吊耳鉸接處、兩吊耳中間限位支架處、板簧后吊耳鉸接處
Y、Z 移動自由度，與前懸架的約束組成整個白車身的約束；在每個子工況中，找到縱梁
上位于前后約束 X 方向的中心位置，施加左右各 4000N，共 8000N 的集中載荷。
展開 白車身的模態的分析流程 ￥1
2.分析軟件簡介
本次分析采用 Hypermesh 作前處理，Altair optistruct 求解。HyperMesh 是世界領先的、功能強大的 CAE 應用軟件包，也是一個創新、開放的企業級 CAE 平臺，它集成了設計與分析所需的各種工具，具有無與倫比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面，與多種 CAD 和 CAE 軟件有良好的接口并具有高效的網格劃分功能；Altair Optistruct 是一個綜和隱式和顯示求解器與一體的大規模有限元計算軟件，幾乎所有的線性和非線性問題都可以通過其進行求解。通過 Altair Optistruct 可以進行任何形狀、尺寸、拓撲結構的優化，采用固定的內存分配技術，具有很高的計算精度和效率。
3.分析模型建立
3.1 網格描述
對車身設計部門提供的 QQ458321486 白車身 CAD 模型進行有限單元離CAD 模型、有限元模型以及焊點如圖 1 所示。白車身所有零部件均采用板殼單元進行離散，并盡量采用四邊形板殼單元模擬，少量三角形單元以滿足高質量網格的過渡需要，網格描述見表 1。
展開 白車身扭轉剛度分析報告 ￥1
2 使用軟件說明
本次分析采用 Hypermesh 作前處理，Altair optistruct 求解。HyperMesh 是世界領先的、功能強大的 CAE 應用軟件包，也是一個創新、開放的企業級 CAE 平臺，它集成了設計與分析所需的各種工具，具有無與倫比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面，與多種 CAD 和 CAE 軟件有良好的接口并具有高效的網格劃分功能；Altair Optistruct 是一個綜和隱式和顯示求解器與一體的大規模有限元計算軟件，幾乎所有的線性和非線性問題都可以通過其進行求解。Altair Optistruct 最強大的功能是其友好的 CAO 接口，通過 AltairOptistruct 可以進行形狀、尺寸、拓撲結構等優化，采用固定的內存分配技術，具有很高的計算精度和效率。
3 有限元模型建立
根據設計部門提供的白車身的工藝數模建立 QQ 的計算模型，對模型進行了有限元離散處理：白車身所有零部件都采用板殼單元進行離散，并盡量采用四邊形板殼單元模擬，少量三角形單元以滿足高質量網格的過渡需要；粘膠用實體單元模擬，焊接采用 CWELD和 RBE2 單元模擬。其中四邊形單元 469700 個，三角形單元 15543 個，三角形單元比例3.4%。
展開 Altair Hypermesh和Optistruct課程
Altair Hypermesh和Optistruct課程
