第七章 ANSYS高级分析

1．问题描述

图7-23表示一个承载的弹性梁。梁的两端固定，承受两个载荷工况。梁的一个面是用一类单元划分的，用于拓扑优化，另一个面是用二类单元划分的，不做优化。目标是结构柔度能量最小（每一载荷）独立计算，最后的形状使第一类单元的体积减少50%。

图7-23  承受两个载荷工况的梁

2．问题分析

本问题是用下列的ANSYS命令流求解的。两个载荷工况定义并用LSWRITE命令写入文件。使用ANSYS选择功能，单元SOLID82通过类型号1和2分别指定优化和不优化部分。TOCOMP命令定义问题有两个载荷工况并用参照名MCOMP，TOVAR将MCOMP定义为目标（TOVAR，VOLUME，CON，50），要求50%体积减少。TOEXE命令在本例中没有使用，代之以用TOLOOP宏命令指定最大迭代次数为12次。

优化执行后，最后的目标（柔度）和约束（体积）的历史被绘图和打印输出，最优加权柔度值由ANSYS数据库（用*GET命令）获得。

3．求解结果

图7-24表示上例的计算结果。这些结果存入top.grph文件便于后续的显示处理。如果是交互的运行ANSYS程序，将/SHOW命令删除以观看每次迭代的结果。

图7-24  拓扑优化结果——50%体积减少

图7-25为目标（柔度）和约束（体积）的历史图。优化结果柔度值为0.6E-0.4。

图7-25  目标和约束函数历史图

4．命令流文件

/PREP7     ！进入前处理器
BLC4,0,0,3,1    ！生成实体模型
ET,1,82     ！二维实体单元，1号为优化
ET,2,82     ！2号不优化
MP,EX,1,118E9    ！线性各向同性材料
MP,NUXY,1,0.3
ESIZE,0.05     ！较细的网格密度
TYPE,1
AMESH,ALL    ！自由矩阵网格划分
NSEL,S,LOC,X,0,0.4   ！选择不优化的部分
ESLN
TYPE,2
EMODI,ALL    ！定义2号单元
ALLSEL
NSEL,S,LOC,X,0
D,ALL,ALL,0    ！在X=0处固定
NSEL,S,LOC,X,3
D,ALL,ALL,0    ！在X=3处固定
FORCE=1000    ！载荷数值
NSEL,S,LOC,X,1
NSEL,R,LOC,Y,1
F,ALL,FY,FORCE    ！定义第一个载荷工况
ALLSEL  
LSWRITE,1    ！写第一个载荷工况
FDEL,ALL
NSEL,S,LOC,X,2
NSEL,R,LOC,Y,0
F,ALL,FY,-FORCE   ！定义第二个载荷工况
ALLSEL
LSWRITE,2    ！写第二个载荷工况
FDEL,ALL
TOCOMP,MCOMP,MULTIPLE,2  ！定义拓扑优化的多柔度函数“MCOMP”
TOVAR,MCOMP,OBJ   ！定义“MCOMP”作为拓扑目标
TOVAR,VOLUME,CON,,50  ！定义“VOLUME”作为拓扑约束，50%体积
TOTYPE,OC    ！指定求解方法
TODEF     ！初始化拓扑优化过程
/SHOW,topo,grph    ！将图形输出到文件（在交互下删除本命令）
/DSCALE,,OFF
/CONTOUR,,2
TOLOOP,12,1    ！执行不多于12次迭代
FINISH
TOGRAPH,OBJ    ！绘制最后目标（柔度）的历史
TOGRAPH,CON    ！打印最后目标（柔度）的历史
TOPRINT,CON    ！打印最后约束（体积）的历史
*GET,TITER,TOPO,,ITER   ！得到迭代次数
*GET,COMP,TOPO,TITER-1,TOHO ！得到最后柔度值