第三章 形貌优化技术实例
第一节 实例：受扭平板的形貌优化
本实例介绍如何对受扭平板进行形貌优化。可设计部分的有限元模型及其载荷和约束如图3-1所示。假设平板是冲压成形的，优化的目标是使施加力处的节点沿z轴正方向位移最小，为达到优化目标，只改变平板的形状，但不能改变厚度。
图3-1 有限元模型及其载荷和约束
优化问题描述如下。
- 设计目标：最小化载荷施加位置处的节点位移。
-
设计变量：设计空间中自动生成并与单元法向相关的形状变量。
本实例包括以下内容：
- 在HyperMesh中设置形貌优化。
- 后处理形貌优化结果。
-
在优化过程中引入加工约束。
1 打开HyperMesh, 加载用户配置并打开文件
（1）启动HyperMesh。
（2）在弹出的User Profiles对话框中选择OptiStruct。这样就加载了用户配置。它包括与以Bulk Data格式组织模型的RADIOSS和OptiStruct相对应的HyperMesh的功能面板、宏菜单和导入器。
（3）可从工具条中的Preferences下拉菜单处选择User Profiles。
（4）从工具条上的File下拉菜单中选择Open。
在<Hyperworks安装目录>/tutorials/hwsolvers/OptiStruct/下选择文件torsion_plate.hm。
（5）单击Open按钮，将模型载入torsion_plate.hm到HyperMesh中。
2 查看组件厚度
（1）从Results Browser中展开对象Property。
（2）用鼠标右键单击design，选择Card Edit，如图3-2所示。
出现PSHELL卡片面板。在OptiStruct中与壳厚相关的信息存储在PSHELL卡片。确认厚度T设为1.0。
图3-2 卡片编辑
（3）单击return，返回主菜单。
（4）在HyperMesh中设置形貌优化。
3 为形貌优化定义设计变量
（1）形貌优化需要定义设计空间和bead（加强筋），下面讲述具体操作。关于bead的更多信息，可以查看参考手册（the reference manual）中的DTPG卡片。
（2）单击Analysis中的optimization。
（3）选择topography面板。
（4）利用面板左侧的按钮，确认选中create子面板。
（5）单击desvar=，输入topo。
（6）单击高亮显示的props。
（7）勾选design旁的复选框，单击select。
（8）单击create按钮，为已选组件创建形状设计变量。
这就创建了形貌设计空间topo。组件集合器design中的所有单元均属于设计空间。
（9）利用面板左侧的按钮，选择子面板bead params。
（10）默认情况下，desvar =旁的栏中是新创建的设计空间名称。如果不是，则单击desvar =，从形貌设计空间列表中选择topo。
（11）在minimum width=处输入5.0。该参数控制模型中筋条的宽度。推荐值为单元平均宽度的1.5～2.5倍。
（12）在draw angle=处输入60.0（默认值）。该参数控制模型的起筋角。推荐值为60°～75°。
（13）在draw height=处输入4.0。该参数控制模型中的起筋最大高度（HGT）。
（14）勾选buffer zone旁的复选框。该参数建立一个设计区域和非设计区域单元之间的缓冲区。
（15）将draw direction设为normal to elements。该参数定义已创建的形状变量的方向。
（16）将boundary skip设为load & spc。该选项告诉OptiStruct保留施加在设计空间外施加载荷和约束的节点。
（17）单击update。
为设计空间topo创建了一个bead（加强筋）的定义。基于以上信息，OptiStruct将在设计变量区自动生成加强筋，类似参考手册中DTPG页所示内容。
（18）利用面板左侧的按钮，选择子面板bounds。
（19）默认情况下，desvar =旁的栏中是新创建的设计空间名称topo。如果不是，单击desvar =，从形貌设计空间列表中选择 topo。
（20）单击upper bound，输入1.0（默认值）。
（21）控制节点移动的变量上限（UB>LB，默认为1.0）。通过该项设置的节点移动上限等于UB*HGT。
（22）单击lower bound，输入0.0（默认值）。
（23）单击update。
（24）节点移动量上限为UB*HGT，下限为LB*HGT。
（25）单击return，返回optimization 面板。
4 定义响应
为目标定义一个响应：载荷施加处节点的位移。
（1）进入responses 面板。
（2）在response =处输入displace。
（3）单击response type下的“转换”按钮，从弹出的菜单中选择static displacement。
（4）单击nodes，从弹出的拓展的对象选择框中选择 by id。
（5）输入2500，按〈Enter〉键。这就选中了施加载荷的节点。
（6）选择 dof3。
（7）dofs 1、dofs 2、dofs 3是沿x、y和z轴方向的线位移自由度。
（8）dofs 4、dofs 5、dofs 6是绕x、y和z轴旋转的角自由度。
（9）total disp是x、y和z轴方向的线位移的合成。
（10）total rotation是绕x，y和z轴方向的角位移的合成。
（11）单击create按钮。
（12）将节点2500沿着z轴方向的线位移定义为响应displace。
（13）单击return，返回optimization 面板。
5 定义目标
在本实例中，目标是最小化上一步中定义的位移响应。
（1）从optimization 面板进入objective。
（2）在左上角处单击选择器，在弹出的菜单中选择min。
（3）单击response =，从响应列表中选择displace。面板中出现loadstep按钮。
（4）单击loadstep按钮，从工况列表中选择torsion。
（5）单击create按钮，完成目标函数的定义。
（6）单击两次return，返回主菜单。
6 提交计算
（1）从Analysis页面进入OptiStruct面板。
（2）单击input file后的save as按钮。
（3）选择OptiStruct模型文件保存的目录，在File name处输入torsion_plate.fem。
（4）对于OptiStruct输入卡，建议使用扩展名.fem。
（5）单击Save按钮。注意到在input file栏出现torsion_plate.fem文件的名字和位置。
（5）单击Save按钮。注意到在input file栏出现torsion_plate.fem文件的名字和位置。
（6）单击export options切换到all。
（7）单击run options切换到optimization。
（8）单击memory options切换到memory default。
（9）单击OptiStruct。
OptiStruct求解器开始计算。如果计算成功，则OptiStruct模型所在文件夹将写入新的结果文件，可以在文件torsion_plate.out中检查错误信息，如果有任何错误，则该文件可帮助检查输入卡。
形貌优化中重要的文件如表3-1所示。
表3-1 形貌优化结果文件列表
OptiStruct输出全部迭代步的形状云图信息。另外，默认情况下输出首末两个迭代步的位移和应力结果。
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