ansys教程結(jié)構(gòu)拓?fù)鋉17.10

1、結(jié)構(gòu)拓?fù)渫負(fù)鋵W(xué)(topology)是幾何圖形或空間在連續(xù)改變形狀后還能保持不變的一些性質(zhì)的學(xué)科。它只考慮物體間的位置關(guān)系而不考慮它們的形狀和大小。通過(guò)對(duì)零件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化可以得到最優(yōu)化材料分布的結(jié)構(gòu)形式，有利于零件的輕量化?？梢宰鼋Y(jié)構(gòu)拓?fù)涞牟簧?，本文使用的?hypermesh13.0。在做結(jié)構(gòu)拓?fù)渲靶枰葘W(xué)習(xí) hypermesh 的，也可以跟著 hypermesh 的幫助文件做。1基本操作Hypermesh 的基本操作如下但不限于此，基本操作可以查看幫助文件。2用戶模板打開(kāi) hypermesh之后需要先選擇操作的模板，用于結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的應(yīng)選擇模板為optistruct。3載入模型Hyperm

2、esh 支持多種格式的文件輸入，載入模型先點(diǎn)擊如圖圖標(biāo)，再選擇第三個(gè)圖標(biāo)（其他圖標(biāo)分別用于載入不同類(lèi)型的文件），最后點(diǎn)擊文件夾圖標(biāo)，選擇要載入的文件，注意文件路徑不能有中文。點(diǎn)擊 import 載入模型。4網(wǎng)格劃分載入模型之后需要對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格的劃分應(yīng)盡量使得網(wǎng)格為六面體網(wǎng)格，以保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，這部分可以hypermesh 網(wǎng)格劃分的教學(xué)，也可以學(xué)習(xí)幫助文件里的例子。網(wǎng)格劃分需要經(jīng)驗(yàn)的積累，需要多練習(xí)，hypermesh 具有強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分能力，可以對(duì)其中的網(wǎng)格劃分工具多加。下圖為網(wǎng)格劃分完成的立柱模型。5創(chuàng)建材料點(diǎn)擊下圖紅框圖標(biāo)，進(jìn)入材料創(chuàng)建界面。輸入材料名稱，type 選擇 i

3、sotropic（各向同性），card image 選擇 mat1，點(diǎn)擊card/edit，出現(xiàn)如下界面：圖中三項(xiàng)分別是彈性模量、泊松比、質(zhì)量密度，注意 hypermesh 里默認(rèn)長(zhǎng)度是 m，所以其他也要隨之換算。6創(chuàng)建并賦予屬性之后就是創(chuàng)建 property，并賦予 property 材料屬性，這里創(chuàng)建不同的property 的原因是在分析中需要加入非設(shè)計(jì)區(qū)，而拓?fù)涞臅r(shí)候 hypermesh 是根據(jù) property 來(lái)識(shí)別的。最后賦予不同的 components 不同的 property。7定義載荷和約束7.1創(chuàng)建連接點(diǎn)在創(chuàng)建載荷和約束之前，需要?jiǎng)?chuàng)建載荷和約束作用的 node，在 geom

4、 版面中點(diǎn)擊nodes，可以選擇使用坐標(biāo)創(chuàng)建，也可以選擇用模型自帶的 po創(chuàng)建。之后就是創(chuàng)建將 node 與受載面連接的剛性單元，在 1D 版面中選擇rigids，并將載荷作用點(diǎn)與受載面連接起來(lái)。7.2創(chuàng)建載荷和約束先創(chuàng)建 load collector，點(diǎn)擊下圖中圖標(biāo)，并創(chuàng)建兩個(gè) load collector，分別用于載荷和約束，此處命名為force 和 SPC。在 force 處右鍵，選擇 make current，看到界面右下角顯示當(dāng)前 load collector為 force，則在此情況下創(chuàng)建的載荷或約束都屬于該 collector。首先先創(chuàng)建載荷，在ysis 版面中選擇for，添加載

5、荷。需要添加約束時(shí)先修改當(dāng)前l(fā)oad colletor 為SPC，在 SPC 處右鍵，選擇 make current，看到界面右下角顯示當(dāng)前 load collector 為 SPC，接著在ysis 版面中選擇constra，添加約束。8Load step 創(chuàng)建在ysis 版面中選擇 load step，添加工況。勾選 SPC 和 LOAD，并點(diǎn)擊右側(cè)等號(hào)分別選擇對(duì)應(yīng)的load collector。9optimization 分析設(shè)置9.1topology 分析設(shè)置在進(jìn)行分析之前，需要對(duì)優(yōu)化進(jìn)行一些設(shè)置，在ysis 版面中選擇optimization。在分析設(shè)置中，先是對(duì) topology 進(jìn)

6、行設(shè)置，創(chuàng)建變量 dv1，并選擇設(shè)計(jì)區(qū)的 property。然后在 parameter 中設(shè)置最小成員尺寸，這個(gè)尺寸表示拓?fù)渖傻男螤钤谙噜忂吔缰g的最小距離不會(huì)小于這個(gè)尺寸，這里的數(shù)值選擇不能太大也不能太小，太小了拓?fù)涑鰜?lái)的肋會(huì)比較多且很細(xì)，加大了加工的難度，設(shè)置的太大則輕量化程度會(huì)很受限制，根據(jù)拓?fù)淞⒅慕?jīng)驗(yàn)一般選擇 610，不同的零件應(yīng)嘗試不同的最小成員尺寸，并找到最合適的數(shù)值。在最小成員尺寸的右邊是 stress constra的設(shè)置，這里可以填入一個(gè)應(yīng)力的數(shù)值，拓?fù)涞慕Y(jié)果會(huì)盡量使得零件產(chǎn)生的應(yīng)力小于這個(gè)值，但是并不能保證一定會(huì)小于這個(gè)值。接著在 draw 里設(shè)置拔模方向，拔模選擇非設(shè)

7、計(jì)區(qū)，設(shè)置方法詳見(jiàn)教學(xué)或幫助文件。然后就是在 pattern grou中設(shè)置對(duì)稱性，設(shè)置的方法詳見(jiàn)幫助文件，解釋的很清楚，路徑為 OptiStruct Users Guide Design Optimization ManufacturingConstras Manufacturability for Topology Optimization。9.2responsed 設(shè)置設(shè)置完 topology，就要設(shè)置分析的響應(yīng)，一般常用的是體積比（volfrac）和撓度（compl），體積比的意義是拓?fù)浜竽Ｐ偷捏w積占原來(lái)的百分比。之后就是設(shè)置分析目標(biāo)和約束。本文選用以體積比為 0.4 為約束，以撓度最

8、小為設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行的分析，換而言之就是求解出在減重百分之六十的情況下使得零件的剛度達(dá)到最大的結(jié)構(gòu)。這里的分析可以有各種組合搭配，比如體積和撓度，質(zhì)量比和位移等搭配，但是不將應(yīng)力作為約束的對(duì)象。以下是一些 hypermesh 對(duì)于一些應(yīng)力約束的解答。問(wèn)題 1：在拓?fù)鋬?yōu)化中，我是否可以通過(guò) DRESP1 卡片，在設(shè)計(jì)空間中增加應(yīng)力約束條件？解答：通過(guò) DRESP1 卡片進(jìn)行局部應(yīng)力約束是的。問(wèn)題 2：在質(zhì)量/體積約束條件已經(jīng)存在的前提下，是否可以在其基礎(chǔ)上再增加全局應(yīng)力約束條件？解答：不建議用戶同時(shí)使用質(zhì)量/體積約束和全局應(yīng)力約束條件。很多情況下，由于前者的存在，使得全局應(yīng)力約束條件往往得不到滿足。

9、問(wèn)題 3：在拓?fù)鋬?yōu)化階段，為什么我設(shè)置了全局應(yīng)力約束條件，在某些局部，應(yīng)力水平依然超過(guò)了全局應(yīng)力約束的要求？解答：如同拓?fù)鋬?yōu)化是概念設(shè)計(jì)階段對(duì)模型的宏觀布局進(jìn)行控制類(lèi)似，全局應(yīng)力約束亦是在優(yōu)化分析的過(guò)程中，將整體模型的應(yīng)力水平控制在一個(gè)合適的范圍中，而并不關(guān)注于局部應(yīng)力集中的問(wèn)題。所有在拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的局部應(yīng)力集中問(wèn)題，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品概念再設(shè)計(jì)后，將通過(guò)尺寸優(yōu)化（size optimization），形狀優(yōu)化（shoptimization），形狀優(yōu)化（free shoptimization）以及這三者的結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行解決。在拓?fù)鋬?yōu)化的過(guò)程中，OptiStruct 將自動(dòng)忽略那些人工引入的應(yīng)力集中問(wèn)題，例如剛性連接（rigid connection），以及那些由于的幾何過(guò)渡導(dǎo)致的應(yīng)力集中問(wèn)題。10 optistruct 分析設(shè)置在ysis 版面中選擇optistruct。選擇 run option 為optimizati