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與各向同性材料的尺寸優化不同，復合材料的尺寸優化除了上述位移邊界條件以外，還需要考慮復合材料的設計原則與制造工藝。根據復合材料設計原則，碳纖維的鋪層角度與鋪層順序應當滿足均一性、均衡性、對稱性的要求，在尺寸優化中需要增加如下的復合材料制造約束： （1）均一性，要求各種角度的鋪層均勻。

這種方法已經在OptiStruct中實現并為眾多航空企業所應用。本案例基于OptiStruct軟件通過復合材料三步優化方法對某型飛機復合材料整流罩進行了優化設計，最終實現了減重目標。2模型簡介整流罩模型如圖 1所示，長度為3000mm，寬度為2000mm。模型材料屬性為碳纖維復合材料，初始鋪層為[0/45/-45/90]，單層厚度為2mm，單層板材料屬性如表 1所示。

三、尺寸優化結果提交Optistruct求解器進行優化求解，經過30步迭代優化獲取最優解，優化目標迭代歷程如圖6所示： 圖6 優化目標迭代歷程優化結果提取：提取最終尺寸優化結果分布，如圖7所示： 圖7 優化結果說明

以分析結果為參考，采用等質量替換法，建立碳纖維復合材料車門的有限元模型。以復合材料車門質量最小化為目標函數，靜態性能為約束條件，進行了自由尺寸優化、尺寸優化、鋪層順序優化。對優化結果規整后進行性能驗證。結果表明，獲得的優化方案在滿足性能要求的前提下，實現了車門減重48.3%，完成了車門的輕量化設計。

更難得的是，OptiStruct始終兼顧技術先進性與制造實用性。它不僅支持沖壓、鑄造等傳統工藝約束，還能深度適配增材制造的復雜結構設計，讓拓撲優化生成的創新形態直接落地生產。其獨特的復合材料“三步法”優化，考慮鋪層丟層等實際加工場景，讓高性能復合材料的應用更具可行性，這也是其在風電葉片、醫療植入物等高端領域廣泛應用的核心原因。

OptiStruct在結構優化方面擁有較強的能力，可以進行靜力學分析優化、疲勞分析優化、動力學分析優化等等。具體的優化方法包括拓撲優化、自由尺寸優化、形貌優化、尺寸（參數）優化、形狀優化、自由形狀優化。各方法定義如下： 拓撲優化：在滿足給定約束的前提下，針對目標函數在給定設計空間尋找最優材料布局。

設置材料厚度，因后期ACP還會添加，可以隨意設置，確保系統不報錯即可。2.3 網格劃分1. 網格尺寸設置：在ANSYS ACP中，網格劃分是復合材料分析的重要步驟。首先，根據幾何模型的復雜程度，設置合理的全局網格尺寸，確保網格既能捕捉細節又不會過于密集。對于關鍵區域（如蒙皮與肋板接觸處），可進行局部網格加密。使用殼單元（Shell Elements）進行劃分，確保層間應力分析的準確性。

借助Multiscale Designer，團隊完成了連續纖維增強復合材料船體部件的多尺度建模，通過正向建模方法優化纖維鋪層方向與含量，并將仿真模型直接導入OptiStruct進行結構優化。最終，實現船體關鍵部件減重12%的同時，抗風浪沖擊能力提升20%，并成功將 ply-by-ply結構尺寸確定流程自動化，大幅提升了船廠組件制造效率。

上圖中的各根桿件，該采取什么截面形式，以及該截面的尺寸（例如，空心管的外徑及壁厚），我們并不知道該如何設定，此時可以使用optistruct的尺寸優化技術。 使用尺寸優化技術，optistruct會充分使用各種優化設計算法，在一定的范圍內變化這些我們所給定的尺寸，以尋求在最省材料的基礎上又能保證剛度和強度的夾子。

2.材料屬性定義：①為設計空間和非設計空間賦予真實的材料屬性。②定義彈性模量 (E)、泊松比 (ν)、密度 (ρ)，如圖2所示： 圖2 材料參數設置3.載荷工況定義：①識別關鍵工況：這是最重要的一步。轉向節在車輛行駛中承受多種復合載荷。典型的獨立工況或組合工況包括：最大垂直力工況：模擬車輛過坑或沖擊，輪心受到向上的巨大沖擊力。

該論文以基于OptiStruct的壓縮機殼體VTF仿真分析及形貌優化為主題開展相關研究，論文對壓縮機殼體進行了VTF分析，基于OptiStruct對其壓縮機殼體結構的筋肋布局等進行了形貌優化，并得到最佳的加強筋的位置、形狀及尺寸，從而改善了壓縮機的振動噪聲性能。

1 車架輕量化設計理論優化理論輕量化設計通常包含新型材料的開發和自身結構的優化這兩種路徑，本文則是通過第二種路徑來實現車架的輕量化設計。本文的結構優化設計指的是:基于 OptiStruct 內置的可行方向法（MFD），對主體焊接總成的厚度、尺寸進行最佳組合設計的理論與方法。

本文基于ANSYS軟件平臺，詳細闡述復合材料無人機結構仿真的全流程操作，涵蓋幾何處理、材料定義、鋪層設計、載荷施加及結果驗證等關鍵環節。通過本文，用戶可系統掌握復合材料結構仿真技術，優化無人機設計，確保結構安全性與可靠性。幾何模型預處理抽殼處理（Shell Extraction）無人機結構多為薄壁殼體，需將實體模型轉換為殼單元以提升計算效率。

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%。

該單元密度同結構的材料參數有關（單元密度是和材料彈性模量E之間具有某種函數關系），0-1之間連續取值，優化求解后單元密度為1（或接近1）表示該單元位置處的材料很重要，需要保留；單元密度為0（或接近0）表示該單元處的材料不重要，可以去除，從而達到材料的高效利用，實現輕量化設計。Optistruct也在積極跟蹤新技術，比如水平集技術在Optistruct中也可以測試了。

[2]盧秉賀，李萍，張軍偉.基于Patran/Nastran和Hypersizer的 復合材料后機身加筋結構形式選擇分析[J].民用飛機設計與研究， 2012（2）：53-56. [3]裘健全.復合材料結構分析&優化：HyperSizer漸進式設計過程 [J].材料工程，2009（S2）：6.