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拓扑优化37593.ppt

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拓扑优化 ANSYS北京办事处 焦立新,拓扑优化,内容: A. 拓扑优化的定义、目的及实例 B. 它是如何工作的? C. 如何进行拓扑优化 D. 拓扑优化之后的处理 E. 示例,拓扑优化 A. 拓扑优化的定义、目的,什么是拓扑优化? 一种形状优化形式,给出何处可以去掉材料以减轻重量的建议 满足规定的减少材料量的同时最大化结构刚度 依赖于单元的伪密度来决定材料去留0 (去掉) 、1 (保留),拓扑优化 .拓扑优化的定义、目的,如何应用拓扑优化? 对概念设计… 由简单形状诸如块开始,依赖于载荷获得一个概念真实形状应该如何 获得改进设计的想法… 发现在现有设计中何处的材料可以去掉,,设计旋转车轮,开始于实体圆环,利用拓扑优化确定最佳利用材料的形状为轮辐式转轮,拓扑优化 .拓扑优化的定义、目的,,拓扑优化 B. 它是如何工作的?,对给定载荷及边界条件如何最佳利用材料.即确定导致结果最大刚度的材料分布 (或最小化柔度) ANSYS给每一个单元分配一个伪密度h从0(去掉材料)到1(保留材料) 等值图h表明何处可以去掉材料 对所有单元设置h=1导致最大刚度设计,但这是尝试求解我们通过给定一个希望的体积减少量来约束设计。,重新叙述拓扑优化问题: 服从体积约束通过变化单元伪密度从0到1使刚度最大化 (或使结构柔度最小化). ANSYS 使用柔度能作为目标函数 (要减少的) 这样就是一个标准的优化问题: 柔度能作为目标函数 体积(或体积减少量)作为状态变量 单元伪密度hi 作为状态变量, 0hi1.,拓扑优化 .它是如何工作的?,拓扑优化 C. 步骤,四个基本步骤: 建立模型 施加载荷 求解拓扑优化 查看结果,建立几何模型 定义单元类型 拓扑优化的有效单元类型为: PLANE2* 或 PLANE82*. SOLID92 或 SOLID95 SHELL93 定义实常数(壳厚度等),拓扑优化步骤 …建立模型,只对类型号为1的单元进行优化。因此, 若想排除优化的区域,诸如孔或支持附近,只需将该单元类型改为2或更大。,,,,,未优化的,优化的,TYPE 2 elements,TYPE 1 elements,拓扑优化步骤 …建立模型,定义材料属性 要求输入杨氏模量及泊松比。注意泊松比不是缺省的0.3 ,需要定义 对重力、旋转或惯性载荷需要密度 记住使用一致的单位 最方便的是使用材料库 (MPREAD with the LIB option, or Preprocessor Material Props Material Library).,拓扑优化步骤 …建立模型,划分网格 对清楚的拓扑结果建议采用细而均匀的网格。然而优化执行多次 因此网格过细运行时间也会增加 将不优化的单元类型设置为2或更大,拓扑优化步骤 …建立模型,拓扑优化步骤 施加载荷,建模 施加载荷 约束 – 固定点,对称边界条件等等 外载荷-力、压力、温度及惯性载荷诸如重力及角速度 求解拓扑优化 查看结果,对载荷的建议: 约束对结果有直接的影响。例如,桥梁模型对底边的铰支(UX=UY=0)及简支(UY=0)有不同的形状,Pinned,Simply Supported,拓扑优化步骤 施加载荷,一般来讲,应施加尽可能少的约束 对多种载荷,有两个选项: 1. 在一个载荷步中施加所有载荷 2. 在独立的载荷步中分别施加各自的载荷 (LSWRITE or Solution Write LS File.) 并指定多载荷步优化求解,拓扑优化步骤 施加载荷,1. 所有载荷作用于同一个载荷步: 结果形状对所有载荷共同作用提供最大刚度 产生非保守逼近因为它假定所有载荷同时作用并为整个幅值,拓扑优化步骤 施加载荷,2. 每一个载荷作用于独立的载荷步 (如多载荷步): 结果形状为对每一载荷的等刚度,拓扑优化步骤 施加载荷,拓扑优化 执行优化,建立模型 施加载荷 求解拓扑优化问题: 指定优化控制 (TOVAR 及TODEF命令) 体积减少量(作为百分比) 载荷步数目 收敛容差 开始优化(TOLOOP 命令 指定循环次数 查看结果,从主菜单选择 Topological Opt -Set Up- Basic Opt … 然后指定体积的减少量 接下来,选择Topological Opt Run … 输入迭代数,并开始优化,,拓扑优化 步骤 .执行优化,,,拓扑优化步骤 查看结果,建立模型 施加载荷 求解拓扑优化 查看结果 通用后处理器中查看伪密度等值图 “topo plot” PLNSOL,TOPO or General Postproc Plot Results Nodal Solution… 红色表面要保留的材料 (pseudo-density  1.0), 兰色表面可以去掉的材料 (pseudo-density  0
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