《机械结构优化设计》-9

９.１二维结构拓扑优化①在模型浏览器中，展开ＬｏａｄＣｏｌｌｅｃｔｏｒｓ，选择Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ，单击右键，单击“ＭａｋｅＣｕｒｒｅｎｔ”。如图９.２所示。②单击“Ａｎａｌｙｓｉｓ”操作页面，进入“ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ”面板。③按图９.３所示，选取点并约束相应自由度，单击“ｒｅｔｕｒｎ”。第六步：创建力。在结构开口处的两点施加大小为１００Ｎ、方向相反的两个力。①在模型浏览器中，展开ＬｏａｄＣｏｌｌｅｃｔｏｒｓ，选择Ｆｏｒｃｅｓ，单击右键，单击“ＭａｋｅＣｕｒｒｅｎｔ”。上一页下一页返回９.１二维结构拓扑优化②单击“Ａｎａｌｙｓｉｓ”操作页面，进入“ｆｏｒｃｅｓ”面板。③选取图９.４所示的Ａ点，“ｍａｇｎｉｔｕｄｅ＝”输入１００，按Ｅｎｔｅｒ确定，将下方的方向转换为“ｙ⁃ａｘｉｓ”，单击“ｃｒｅａｔｅ”。一个向上的箭头出现在Ａ点。④同理，选取图９.４所示的Ｂ点，“ｍａｇｎｉｔｕｄｅ＝”输入－１００，按Ｅｎｔｅｒ确定，将下方的方向转换为“ｙ⁃ａｘｉｓ”单击“ｃｒｅａｔｅ”。一个向下的箭头出现在Ｂ点。⑤为使箭头不相互重叠，利于分辨，选择“ｕｎｉｆｏｒｍｓｉｚｅ＝”并在其后输入７。⑥单击“ｒｅｔｕｒｎ”返回“Ａｎａｌｙｓｉｓ”操作页面。上一页下一页返回９.１二维结构拓扑优化第七步：创建ＬｏａｄＣａｓｅｓ。①在“Ａｎａｌｙｓｉｓ”操作页面，进入“ｌｏａｄｓｔｅｐｓ”面板。②在“ｎａｍｅ＝”输入“ｏｐｐｏｓｉｎｇｆｏｒｃｅｓ”，按Ｅｎｔｅｒ确定。③单击“ＳＰＣ”前的复选框，单击右侧出现的输入区，在载荷列表中选择“Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ”。④单击“Ｌｏａｄ”前的复选框，在载荷列表中选择“Ｆｏｒｃｅｓ”。⑤分析类型“ｔｙｐｅ”为“ｌｉｎｅａｒｓｔａｔｉｃ”（线性静力分析）。⑥单击“ｃｒｅａｔｅ”创建完毕，单击“ｒｅｔｕｒｎ”返回“Ａｎａｌｙｓｉｓ”操作页面。第八步：运行分析。上一页下一页返回９.１二维结构拓扑优化定义拓扑优化过程之前进行结构的线性静力分析，为优化过程中设定约束条件提供依据。第十六步：查看优化结果中单元密度分布。①在“ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ”面板中，单击“ＨｙｐｅｒＶｉｅｗ”，加载“ｃｃｌｉｐ＿ｃｏｍｐｌｅｔｅ.ｈ３ｄ”文件。②在图形用户界面，单击图示红色圆圈标识区域激活“ＬｏａｄＣａｓｅａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｅｌｅｃｔｉｏｎ”对话框。如图９.６所示。③“Ｌｏａｄｃａｓｅ”选择“Ｄｅｓｉｇｎ”，在“Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ”选择最后一个迭代步，单击“ＯＫ”。如图９.７所示。上一页下一页返回９.１二维结构拓扑优化④在“Ｇｒａｐｈｉｃｓ”下拉菜单中单击“ＩｓｏＶａｌｕｅ”，“Ｒｅｓｕｌｔｔｙｐｅ”选择“ＥｌｅｍｅｎｔＤｅｎｓｉｔｉｅｓ”。设置“ＣｕｒｒｅｎｔＶａｌｕｅ：”为０３，单击“Ａｐｐｌｙ”。如图９.８所示。⑤移动“ＣｕｒｒｅｎｔＶａｌｕｅ：”下面的滑块改变密度值的界限。可观察拓扑优化结果中密度的分布情况，即优化后材料的分布情况。第十七步：原始的和优化后的应力云图对比。①在“ＨｙｐｅｒＶｉｅｗ”中，单击下一页的箭头跳转到第二页。显示“ｃｃｌｉｐ＿ｃｏｍｐｌｅｔｅ＿ｓｌ.ｈ３ｄ”文件。②在图形用户界面，单击图示红色圆圈标识区域激活“ＬｏａｄＣａｓｅａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｅｌｅｃｔｉｏｎ”对话框。并选择最后一个迭代过程。上一页下一页返回９.１二维结构拓扑优化③在“Ｇｒａｐｈｉｃｓ”下拉菜单中单击“Ｃｏｎｔｏｕｒ”，“Ｒｅｓｕｌｔｔｙｐｅ”选择“ＥｌｅｍｅｎｔＳｔｒｅｓｓｅｓ（２Ｄ＆３Ｄ）”和“ｖｏｎＭｉｓｅｓ”。设置“ＡｖｅｒａｇｉｎｇＭｅｔｈｏｄ：”为“Ｓｉｍｐｌｅ”，单击“Ａｐｐｌｙ”，即可看出优化结构中应力的大小。如图９.９所示。上一页返回９２三维结构拓扑优化本节讲述一个如图９.１０所示的三维体单元的拓扑优化实例。目标最小化体积约束施力点的位移：ｘ向＜０.０５ｍｍ；ｙ向＜０.０２ｍｍ；ｚ向＜０.０４ｍｍ设计变量设计区域内单元密度第一步：启动ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ，调出文件。①启动ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ。②选择ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ用户界面并单击ＯＫ。③在“Ａｎａｌｙｓｉｓ”页面选择“ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ”面板。下一页返回９２三维结构拓扑优化第二步：创建材料和属性，指定组件。创建组件时需要指定一个材料，所以首先应创建材料集合器。①单击创建材料。②单击创建属性。③选取图９.１１所示下点，约束ｄｏｆ１，ｄｏｆ２，ｄｏｆ３三个方向自由度，单击“ｃｒｅａｔｅ”。上一页下一页返回９２三维结构拓扑优化④选取图９.１１所示上点，约束ｄｏｆ２，ｄｏｆ３两个方向自由度，单击“ｃｒｅａｔｅ”。⑤单击“ｎｏｄｅｓ”在出现的选择框里选择“ｂｙｉｄ”输入３２３９，按Ｅｎｔｅｒ键确认，约束ｄｏｆ３一个方向自由度，单击“ｃｒｅａｔｅ”，如图９.１２所示。⑥单击“ｒｅｔｕｒｎ”返回主菜单。第五步：创建力。①在模型浏览器中，展开“ＬｏａｄＣｏｌｌｅｃｔｏｒｓ”，选择“Ｂｒａｋｅ”，单击右键，选择“ＭａｋｅＣｕｒｒｅｎｔ”。②单击“Ａｎａｌｙｓｉｓ”操作页面，进入“ｆｏｒｃｅｓ”面板。上一页下一页返回９２三维结构拓扑优化③单击“ｎｏｄｅｓ”在出现的选择框里选择“ｂｙｉｄ”输入２６９９，按ｅｎｔｅｒ键确认，“ｍａｇｎｉｔｕｄｅ＝”输入１０００，按Ｅｎｔｅｒ确定，将下方的方向转换为“ｘ⁃ａｘｉｓ”，单击“ｃｒｅａｔｅ”。一个指向ｘ方向的箭头出现在选取的点上，如图９.１３所示。④在模型浏览器中，展开“ＬｏａｄＣｏｌｌｅｃｔｏｒｓ”，选择“Ｃｏｒｎｅｒ”，单击右键，单击“ＭａｋｅＣｕｒｒｅｎｔ”。⑤单击“ｎｏｄｅｓ”在出现的选择框里选择“ｂｙｉｄ”输入２６９９，按ｅｎｔｅｒ键确认，“ｍａｇｎｉｔｕｄｅ＝”输入１０００，按Ｅｎｔｅｒ确定，将下方的方向转换为“ｙ⁃ａｘｉｓ”单击“ｃｒｅａｔｅ”。上一页下一页返回９２三维结构拓扑优化⑥在模型浏览器中，展开“ＬｏａｄＣｏｌｌｅｃｔｏｒｓ”，选择“Ｐｏｔｈｏｌｅ”，单击右键，单击“ＭａｋｅＣｕｒｒｅｎｔ”。⑦单击“ｎｏｄｅｓ”在出现的选择框里选择“ｂｙｉｄ”输入２６９９，按ｅｎｔｅｒ键确认，“ｍａｇｎｉｔｕｄｅ＝”输入１０００，按Ｅｎｔｅｒ确定，将下方的方向转换为“ｚ⁃ａｘｉｓ”单击“ｃｒｅａｔｅ”。一个指向ｚ方向的箭头出现在选取的点上，如图９.１３所示。⑧单击“ｒｅｔｕｒｎ”返回“Ａｎａｌｙｓｉｓ”操作页面。上一页返回图９.１二维拓扑优化有限元模型返回表９１优化目标、约束和设计变量返回图９.２模型浏览器返回图９.３约束定义返回图９.４载荷定义返回图９.５响应的定义返回图９.６对