ANSYS Topology Optimization拓扑优化技术在轻量化设计应用概述

产品概念设计初期，单纯的凭借经验以及想象对零部件进行设计往往是不够的，在适当约束条件下，如果能充分利用“拓扑优化技术”进行分析，并结合丰富的产品设计经验，是有能力设计出更满足产品结构技术方案、工艺要求、而且更质轻质优的产品的。

拓扑优化主要思想是寻求一种能够根据给定负载情况、约束条件和性能指标，在指定区域内对材料分布进行优化的数学方法，对系统材料发挥最大利用率。

通过将区域离散成足够多的子区域，借助有限元分析技术对于结构进行强度分析或模态分析等，按照指定优化策略和准则从这些子区域中删除一定数量单元，用保留下来的单元描述结构的最优拓扑。

图1

ANSYS Topology Optimization拓扑优化模块能够结合ANSYS Mechanical进行强度和频率两种分析下的拓扑优化分析计算，强大的SpaceClaim Direct Modeler能够继拓扑优化之后对于较为粗陋的刻面片体结构完成光顺化处理，STL文件生成直接送入3D增材打印机进行打印满足轻量化设计需求。

同时SpaceClaim Direct Modeler先进强大的建模技术、修复技术能使工程师根据光顺后的外观进行建模重构获得三维造型设计，高级蒙皮功能技术能够最大化保留拓扑优化结构形貌，这些都极大满足了复杂装配体结构安装、定位、配合、功能等需求。如图1所示，为某机械手臂结构拓扑优化与光顺化示例。

轻量化设计之后，可以考虑重构建模和刻面片直接光顺化两种技术，直接用于实际产品仿真设计验证和制造使用，限于笔者个人运用软件能力和认知偏见，重构几何模型同直接刻面光顺化模型相比：前者更易对新方案设计跟随修改，有限元验证计算过程的网格划分和加载设置等控制也相对简单，一般整体外观不违和，能够采用增材、CNC以及传统其他加工方法；后者会拥有更流畅的几何过渡转角，造型更为新颖，能一定程度降低应力集中，但其他配合结构设计变更后，更新拓扑光顺化几何设计相对较为困难，一般由增材制造完成产品制造。

本文以笔者业余时间所做的一些拓扑优化及后拓扑处理后的简单实例为素材，简述ANSYS Topology Optimization一般使用过程，限于本文篇幅不对有限元分析过程、SpaceClaim Direct Modeler拓扑后处理过程进行说明，仅对拓扑优化的一些约束、目标等进行简要介绍。

限于水平有限，错误必然很多，严禁直接套用于企业产品分析使用，以免造成重大事故和不必要的财产损失。仅作为自学、初学者交流学习作用。

一、拓扑优化项目流程图搭建

拓扑优化项目流程图搭建可以分为有限元分析计算、拓扑优化分析计算、设计验证过程3个步骤。

1、如图2所示，项目流程图中拓扑优化模块需要建立在强度分析、模态分析或两者的有限元分析基础之上。强度分析与模态分析较为基础，读者可根据相关书籍自学完成，限于篇幅本文不进行描述。

2、将静力学分析以及模态分析【Solution】单元格拖入拓扑优化模块【Setup】单元格即可完成数据传递。

图2

3、拓扑优化计算结果传递给设计验证系统，经过SpaceClaim Direct Modeler光顺化处理或者结构几何重构处理后，能够进行拓扑优化的验证计算工作，生成的新工程项目保留前仿真计算中所有的定义边界条件设置，无需工程师二次定义。

二、定义和控制优化过程

图3

如图3所示，是拓扑优化过程目录树说明。

1、指定优化和不优化区域

Optimization Region用于指定模型中哪些几何部分参与拓扑优化分析，哪些几何特征进行优化过程的排除。

Exclusion Region是Optimization Region子项，用于额外指定排除区域。

2、响应约束定义

拓扑优化分析自动插入响应约束Response Constraint，可用的响应类型包括：

1) Mass Constraint、Volume Constraint：根据设计需要修改百分比，支持“常值”和“范围”两种形式修改优化后的保留百分比分数。

2) Global von-Mises Stress Constraint 、Local von-Mises Stress Constraint：指定最大应力值，支持多个局部von-Mises应力约束。

3) Natural Frequency Constraint ：确定模态阶次的定义，确定最小和最大频率范围。

点击完整阅读全文

ANSYS Topology Optimization拓扑优化技术在轻量化设计应用概述_

ANSYS Topology Optimization拓扑优化技术在轻量化设计应用概述相关推荐

workbench拓扑优化教程_轻量化及拓扑优化软件GENESIS介绍——可集成到Workbench
GENESIS是一个将有限元求解器和高级优化算法集于一体的结构优化软件,主要用于结构轻量化和拓扑优化设计.用户可以直接使用ANSYS.Nastran.Abaqus等有限元软件的网格模型和载荷工况来进行 ...
遗传算法优化rbf神经网络自校正控制的初值_【技术帖】轻量化设计中的NVH性能自动优化方法...
摘要:噪声.振动与声振粗糙度 (Noise,Vibration and Harshness,NVH)性能的自动优化是实现多学科联合优化的基础条件.以白车身模型的零件厚度作为设计变量,以针对动刚度性能 ...
workbench拓扑优化教程_优化技术在水泵水力设计的应用（上篇）
文章来源:安世亚太官方订阅号(搜索:Peraglobal) CFD技术在泵的内流数值模拟.研究泵内部流动规律和结构方面已广泛应用,取得了很多成果. 但是初步设计的产品如果通过CFD仿真得到的性能曲线不 ...
衍生式设计+纤维增强3D打印对汽车零部件进行轻量化设计制造
随着新型汽车和新能源汽车的发展,人们对汽车的舒适性和安全性要求逐步提高,同时为了降低汽车能源消耗,有必要在汽车零件开发过程中实现复杂结构零部件的轻量化结构设计.近年,德国奥芬堡应用科学大学的科研人员研 ...
cad模型轻量化_碳纤维泡沫三明治夹层复合材料汽车扰流板的轻量化设计
前言目前,汽车制造中用到的复合材料多为纤维增强或机织物及非织造布增强的树脂基复合材料.车辆在行驶过程中会遭受外部振动,从而导致内部零件受损,因此,运输车辆一般需要具有较好的减震性.目前,在运输类车辆 ...
mft按钮设计_奥林巴斯M4/3系统新品激情再燃以轻量化设计铸就微单极致体验
继传统相机品牌尼康与佳能先后推出了全画幅无反相机后,在M4/3系统领域深耕多年的松下也终于坚持不住,开始进军全画幅无反相机市场,从此全画幅无反相机不再是索尼一家独大,迎来了百花齐发的市场现状,曾经的M ...
轻量化设计是什么，介绍几种常见的轻量化设计案例
今天和大家分享几个 ui 设计师经常遇到的轻量知识点,非常实用,大家一起来看看! 1. 为什么这个配色会怪? 我们在画线性图标的时候,有时候会用深浅色配合,比如描边用亮蓝色和深蓝色,像这种: 我们会觉 ...
ANSYS拓扑优化基础实例
唐深 51CAE 2018/6/10 拓扑优化在工程设计中,常用于机械结构概念设计和轻量化设计,ANSYS通用有限元分析软件提供了强大的拓扑优化功能,本文将通过一个简单实例进行展示. 一.赵州桥赵州 ...
如何入门拓扑优化研究（转自知乎周平章博士的文章很有启发）
最近有很多人私信我咨询如何入门拓扑优化的研究,为了避免重复劳动,我在这篇文章里做一个统一回复. 首先必须声明,我自己也是拓扑优化研究领域的新人,因此本文仅代表我作为一个新人的一些浅薄的看法,大家切记不 ...

ANSYS Topology Optimization拓扑优化技术在轻量化设计应用概述

ANSYS Topology Optimization拓扑优化技术在轻量化设计应用概述相关推荐

最新文章

热门文章