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拓撲優化：拓撲優化是一種在設計中尋找最佳材料分布的方法。它通過改變材料在結構中的分布，以最小化結構的質量（或體積分數）并滿足特定的性能要求。在汽車輕量化中，拓撲優化可以用來確定哪些部分需要加強，哪些部分可以減輕以降低整體重量，同時保持結構的強度和剛度。形狀優化：形狀優化關注的是在給定的幾何形狀內，調整結構的形狀以優化性能。這可能涉及到改變零部件的曲率、截面形狀或其他幾何參數。

1.結構尺寸優化 根據給定的設計目標和約束，確定結構參數的具體值的優化設計方法。例如，在給定的固有頻率和最大位移的條件下，優化車門的厚度這一結構參數達到重量最輕的目標。 2.結構形狀優化 根據給定的性能指標和約束條件，確定產品結構的邊界形狀或者內部幾何形狀的設計方法。 3.

聯合優化的詳細步驟設置，大家只要一步步跟著視頻操作即可 優化目標： 損傷最小情況下的形狀最優設計 優化后疲勞損傷值從2.43優化到0.22，大大提高零部件的壽命。

“如何獲得最優形狀？”每一位工程師都會產生這樣的疑問，形狀優化技術應運而生，尺寸優化是目前比較常見的優化技巧，形狀優化是尺寸優化的延伸，不僅需要考慮尺寸更改，還涉及到形狀的總體改變。結構的形狀受控于一組設計參數，參數的計算是一個繁瑣的流程。

ToscaTosca 軟件是國際上處于領先地位的結構非參數優化設計軟件，支持結構拓撲優化、形狀優化、形貌加強筋優化、尺寸優化，流場拓撲優化，兼容主流結構有限元、流體分析求解器、主流疲勞壽命分析求解器。目前已廣泛應用于汽車、航空、機械制造、加工工業等眾多領域。

【關注公眾號并發送“拓撲優化案例”至后臺即可下載本文案例】 結構優化根據設計變量的不同通常可以分為拓撲優化，形狀優化和尺寸優化。這三種優化手段也對應我們結構設計的不同階段，拓撲優化因為有更多的自由度所以通常用于概念設計階段，形狀優化用于基本設計階段，而尺寸優化就用于最終的詳細設計階段。當然這三種技術在各個階段混合使用的情況也有。

形狀優化進一步優化零部件結構形狀提升材料效率。 以上包括本田、雷諾、沃爾沃、標志、尼桑、寶馬、雷克薩斯、斯柯達、歐寶等車型開發過程中拓撲優化在結構性能優化中的案例。實際案例：拓撲優化： 針對車身后端包括C、D柱、dog leg區域進行拓撲優化分析，識別結構弱區域。

拓撲優化求解 在MeshWorks中定義外部荷載、邊界條件、約束條件以及材料屬性等輸入信息，由拓撲優化求解器如Tosca、Optistruct等優化內部結構，通常采用單元的“單元密度Density”作為設計變量。

形狀優化：給定結構和用戶自定義的形狀變量，在滿足給定約束的前提下，針對目標函數尋找各個形狀的最佳變形比例。 自由形狀優化：針對給定結構修改邊界節點，在滿足給定約束的前提下，針對目標函數尋找各個節點的最佳位置。 一般把拓撲優化、自由尺寸優化、形貌優化稱為概念設計優化，尺寸（參數）優化、形狀優化、自由形狀優化稱為詳細設計優化。

4.2 支架壓鑄件優化產品的形狀屬于不規則形狀，采用壓鑄成型。壓鑄件的形狀結構要求為：（1）消除里面側凹；（2）避免或縮小抽芯部位；（3）避免型芯交織。合理的壓鑄件結構不僅能簡化壓鑄型的結構，降低制作成本，同時也能改進鑄件質量[11]。設計鑄件時，壁厚是衡量壓鑄工藝的一個重要指標[12]。壓鑄件的壁厚與整個產品壓鑄件鑄造工藝十分密切。

2.3 拓撲優化的原理和方法拓撲優化的原理基于材料優化理論和結構力學原理，通過對結構的材料分布和形狀進行重新設計和優化，達到在滿足一定約束條件下，實現結構輕量化、強度提高、剛性增強等多種優化目標的效果。

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通過拓撲優化可以實現： 降低剛度重量比 具有更好的應變能重量比 降低材料體積及安全系數的比例 自然頻率重量比 拓撲優化設計變量 ?單元形狀密度 ?確定成員尺寸及邊界位置 ?設計變量變化后網格維持原狀 拓撲優化是針對既定目標（如結構輕量化），確定最適當材料分布的布局優化

殼體的結構如下圖所示。 圖2：房屋的結構 這個優化的兩個步驟: 首先，結合不同TO方法的靜力分析對3支腿進行優化，以達到剛度目標 然后選擇一組優化形狀，將其應用到殼體上，作為下一個優化步驟的新的初始形狀。 最后，基于不同TO方法的模態分析，對殼體的頻率目標進行剛度優化。

? 一旦確定了優化的均質結構，去均質步驟中的不同參數可能會導致具有各種幾何形狀的多孔結構。研究發現，在所研究的情況下，隨機參數對結構剛度的影響較小（即小于1.94%），突出了所提出的去均勻化方法的穩健性。

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。

在得出最優田字形截面形狀后，采用LS-OPT對加強筋各處壁厚進行了多目標優化數學模型的求解，具體設置如下： 尺寸多目標優化的研究對象是鋁合金橫梁截面結構各自的壁厚，因此對于田字形截面形狀的橫梁來說，它的截面形狀可以分為前端面、背端面、外加強、橫向內加強筋和縱向內加強筋，其中外加強筋的壁厚上下是一致的，橫向內加強筋和縱向內加強筋的壁厚可以不盡相同，截面結構如圖3.1所示。