第二章 拓扑优化技术实例
第四节 实例：C形夹结构的概念设计
step14 定义目标函数
（1）单击objective。
（2）切换到min。
（3）单击response，在弹出的界面选择已建立的响应volfrac，如图2-30所示。
（4）单击create按钮。
（5）单击两次return按钮，退出optimization面板。
图2-30 目标创建面板
step15 优化计算
（1）从Analysis页，进入control cards面板。
（2）单击next两次。
（3）单击SCREEN，然后单击return按钮。
（4）这将使得OptiStruct在窗口输出优化迭代过程，如图2-31所示。
图2-31 计算控制卡片
（5）在view下拉菜单中选择Entity State Brower命令，如图2-32所示。
图2-32 查看模型信息
（6）进入Entity State浏览器，展开Design Variable，去除d_shell_1右侧复选框的勾选，这样就只有设计变量d_shell处于激活状态。其中，Active表明是否在模型中显示该集合器，而Export表明该集合器中的内容是否参与计算输出。
（7）从Analysis页，进入OptiStruct面板。
（8）单击save as按钮，输入文件名cclip_complete.fem，单击Save按钮。
（9）根据图2-33所示，设置export options、run options和memory options。
图2-33 设置任务递交面板
（10）单击OptiStruct运行优化计算。
计算完成后，会出现图2-34的提示信息。
如果计算中间遇到错误，则OptiStruct也会提示错误信息。用文字编辑器打开文件cclip_complete.out，我们可以从中找到错误的详细信息。该文件和.fem文件在同一个文件夹里。这样我们计算出不施加最小成员尺寸约束的优化结果。
（11）关闭DOS窗口，单击return按钮。
（12）进入Entity State浏览器，展开Design Variable，勾选d_shell_1右侧的两个复选框，并去除d_shell右侧的复选框，这样就只有设计变量d_shell_1处于激活状态，如图2-35所示。
图2-34 显示计算完成信息
图2-35 设置模型优化
（13）重复步骤（6）～（11），将其生成的结果文件名改为cclip_complete_1.fem。这样我们得到施加了最小成员尺寸约束的优化结果。
默认情况下，表2-1所示的文件会在运行文件夹中产生。
表2-1 拓扑优化后的结果文件列表
step16 查看单元密度等值面图
OptiStruct为所有的迭代提供单元密度信息。它也为线性静力分析提供第0步和最后一步迭代的位移及Von Mises应力信息。下面介绍如何在Hyperview中查看结果。cclip_complete文件与cclip_complete_1文件结果查看方法相同。下面以cclip_complete文件为例进行演示。
该图提供了关于单元密度的信息。Iso Value保留所有单元密度不小于密度阈值的单元。根据自身所需的结构，选取密度阈值。
（1）从OptiStruct面板，单击Hyperview按钮。
（2）这样将载入Hyperview，打开包含以下两页结果的cclip_complete.mvw文件。
cclip_complete_des.h3d：显示优化的结果历程（单元密度）。
cclip_complete_s1.h3d：显示前部分静力学分析的结果，包括最初值和最终值（位移和应力）。
（3）在第一页（优化结果）中，单击Results浏览器区域，并根据如图2-36所示进行配置。
图2-36 设置查看优化结果
（4）在Results下拉菜单里，选择plot下的Iso命令，如图2-36所示。
（5）在用户界面底部，在Result type下拉菜单中选择Element Densities命令。
（6）单击Top视图方向，设置正确的视图。
（7）单击Apply按钮。
（8）在Current Value处输入0.3，按Enter键。
这样就只显示单元密度不小于0.3的单元，如图2-37所示。
图2-37 优化结果
（9）移动Current Value下方的滑动条，交互地查看单元密度改变时的形状，该工具能更好地从OptiStruct中观察材料分布和载荷传递路径。
step17 对比初始结构和材料分布优化后结构的静力云图
（1）在Hyperview中，单击Next Page箭头 ，打开第二页，该页包含静力学分析最初和最终的两个迭代步结果，该结果保存在cclip_complete_s1.h3d文件中。
（2）利用Page Window Layout把用户窗口分成两个垂向窗口，如图2-38所示。
图2-38 窗口分割
（3）利用Top对现行视图进行设置。
（4）在Results下拉菜单里，选择plot下的Contour命令。
（5）在用户界面底部，在Result type下拉菜单中选择Displacement命令，在Displacement下拉菜单中选择Y，并单击Apply按钮。
（6）单击工具条上的Deformed按钮 。
（7）在Deformed shape面板中的value处输入100，把Undeformed shape下的show切换到Edges，然后单击Apply按钮，如图2-39所示。
图2-39 变形放大因数设置
（8）在Edit的下拉菜单中，单击Copy下的Window命令，然后单击上面创建的两个窗口中的空窗口。
（9）在Edit的下拉菜单中，单击Paste下的Window命令。
（10）切换动画模式到Linear Static，如图2-40所示。
图2-40 动画控制
（11）选中第二个窗口，在Result浏览器中切换到Iteration28，如图2-41所示。
图2-41 结果对比
（12）在Edit的下拉菜单中，单击Copy下的Page命令。
（13）在Edit的下拉菜单中，单击Paste下的Page命令。
（14）这样就在该报告中创建了第三页。
（15）单击第一个窗口，将其激活，然后单击Contour按钮 。
（16）切换result type到Element Stresses（2D & 3D）（t）。
（17）在Averaging method中选择Simple，单击Apply按钮。
（18）用鼠标右键单击第一个窗口，选择Apply Style下的Current Page下的Contour命令，结果显示如图2-42所示。
图2-42 优化前后对比
这些应力结果仅为理解设计与限制的差距提供参考。牢记拓扑优化给你提供了一个概念设计，在接下来的设计阶段，应该考虑应力结果。
step18 对比是否施加最小成员尺寸约束的等值面图
（1）单击“新建”按钮 ，增加页，这样就在该报告中创建了第四页。
（2）利用Page Window Layout把用户窗口分成两个垂向窗口。
（3）激活第一个窗口，然后单击 ，打开文件cclip_complete_des.h3d。
（4）利用Top对现行视图进行设置。
（5）单击Results浏览器区域，选中最后一个迭代步Iteration28，如图2-43所示。
图2-43 迭代步选择
（6）在Results下拉菜单里，选择plot下的Iso命令。
（7）按照图2-44设置Result type和Averaging method，然后单击Apply按钮，接着调整Current value值为0.3。
图2-44 设置面板
激活第二个窗口，重复步骤（3）～（7），打开文件cclip_complete_1_des.h3d，切换到最后一个迭代步Iteration46，其他设置同上。
从图2-45中可以看出，经最小尺寸约束的优化更便于人们理解和加工。
图2-45 优化结果对比
a) 无最小成员尺寸约束的拓扑优化结果 b) 有最小成员尺寸约束后拓扑优化结果
OptiStruct & HyperStudy 理论基础与工程应用
- 作者：
- 洪清泉
- 类别：
- 产品创新数字化
- 出版社：
- 机械工业出版社
- 出版时间：
- 2013-01-01
- 定价：
- ￥99.00
- 京东价：￥69.30
实际售价以e-works战略合作伙伴当日售价为准