OptiStruct 功能
尺寸優化
針對汽車零件等由板材構成的各個結構物的板厚和斷面形狀優化功能
【尺寸優化案例:汽車的框架構件】
設計變量 : 各部件的板厚
目標函數 : 質量
約束條件 : 應力
- ?設計變量
- 板材板厚、梁斷面的形狀
- ?特點
- 可以確定各個構件的板厚和梁斷面形狀
- ?用途
- 可以應用在像汽車這樣有許多板材件的產品上
自由尺寸優化
該功能是對于在某些要求采用非均勻板厚的板材構件實現板厚分布優化的功能。 可以適用于汽車薄板等各類板材。
【自由尺寸優化案例:飛機的結構部材】
設計變量 :各單元的板厚
目標函數 : 質量
約束條件 : 應力
- ?設計變量
- 各單元的板厚
- ?特長
- 可以得到類似剪切板之類的結構
- ?應用案例
- 飛機機翼、機體部分的剪切板,汽車引擎蓋內板等
形狀優化
該功能無需網格重置,僅通過設定模型表面節點的移動條件,來優化其形狀的功能。在節點移動方面,與Morphing功相比, 可以設定網格往任意方向移動。(參數化)
作為例子,根據設計目的,設定形狀的參數作為優化目標。
?優化軸的直徑 → 只允許軸上的節點在直徑方向上移動
?優化零件的長度 → 只允許零件上的節點在長度方向上移動
【形狀優化案例:管材+支架】
設計變量 : 節點位置
目標函數 : 質量
約束條件 : 應力
- ?設計變量
- 節點位置(按照用戶指定的移動方法設定)
- ?特長
- 可以得到結構形狀變更后的設定方法
- ?應用案例
- 對于零件整體結構基本定型,僅需要對某幾個尺寸進行形狀優化的情況
(如改變直徑、長度、傾斜等)
自由形狀優化
該功能是通過表面節點自由移動來對優化模型形狀的功能。(非參數化)
但因為節點自由移動、形狀優化的自由度變大,可能會導致優化出一些不現實的形狀,為此我們需要設定一些制造性的約束條件(如對稱約束、拔模約束等),來得到符合現實的優化結果。
【自由形狀優化案例:懸臂梁】
設計變量 : 節點位置
目標函數 : 質量
約束條件 : 載荷點位移
制造性約束條件例子
?左右對稱
?任意截面形狀
?避免與其它零件干涉
- ?設計變量
- 節點位置(節點自由移動)
- ?特長
- 形狀變化的自由度更高
- ?應用案例
- 適用于優化應力集中部位的形狀等
Topography優化
想要在不增加成本和質量的前提下提高板材的剛度,就要增加Bead、Emboss類的加強筋結構。
Topography就是專門針對Bead和Emboss形狀優化的功能。
【Topography優化案例:安全帶卷收器外殼】
設計變量 : Bead生成的位置
目標函數 : 剛性
約束條件 : Bead尺寸
- ?設計變量
- Bead生成的位置
- ?特長
- 可以確定最佳的Bead位置設定方案
- ?應用案例
- 適用于需要通過增加板材上凹凸Bead、emboss來提高零件剛性、固有振動頻率的案例
Topology優化
最初只需設定設計領域(默認材料充滿設計領域)、設定載荷條件,然后即可進行Topology優化。
Topology會將沒起作用的部分去除,只留下有用的部分。該功能優化出來的結果最適合用于形狀設計的討論。
例如:在討論羅紋孔配置方案時,設計者可以不用再根據經驗,而是可以根據Topology優化得到各配置方案的零件形狀來討論。這樣一來,與以前相比,在概念設計階段、輕量化設計研究中都可以更快地獲得新的零件形狀。
- ?設計變量
- 各單元的單元填充率(0~1 )
單元填充率少的地方,判斷為不需要材料。 - ?特長
- 可以確定設計領域的材料配置/進行革命性設計研究
- ?應用案例
- 形狀類概念設計
【Topography優化案例:支架】
設計變量 各單元的單元密度
目標函數 : 質量
約束條件 : 應力
在Topology優化得的形狀上,加入考慮制造因素等的考慮,再進行進一步的形狀設計
最終,在保證強度的前提下,實現大幅的輕量化!