如何利用ANSYS進行拓撲優(yōu)化(轉(zhuǎn))

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1、-如何利用ANSYS進行拓撲優(yōu)化前言就目前而言，利用有限元進行優(yōu)化主要分成兩個階段：（1）進行拓撲優(yōu)化，明確零件最佳的外形、剛度、體積，或者合理的固有頻率，主要目的是確定優(yōu)化的方向；（2）進行尺寸優(yōu)化，主要目的是確定優(yōu)化后的的零件具體尺寸值，通常是在完成拓撲優(yōu)化之后，再執(zhí)行尺寸優(yōu)化。在ANSYS中，利用拓撲優(yōu)化，可以完成以下兩個目的：（1）在特定載荷和約束的條件下，確定零件的最佳外形，或者最小的體積（或者質(zhì)量）；（2）利用拓撲優(yōu)化，使零件達到需要的固有頻率，避免在使用過程中產(chǎn)生共振等不利影響。本文主要就在ANSYS環(huán)境

2、中如何執(zhí)行拓撲優(yōu)化進行說明。--1、利用ANSYS進行拓撲優(yōu)化的過程在ANSYS中，執(zhí)行優(yōu)化，通常分為以下6個步驟：定義需要求解的結(jié)構(gòu)問題選擇合理的優(yōu)化單元類型設定優(yōu)化和非優(yōu)化的區(qū)域定義載荷步或者需要提取的頻率對優(yōu)化過程進行定義和控制計算并查看結(jié)果1.1、定義需要求解的結(jié)構(gòu)問題--對于結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化分析，定義結(jié)構(gòu)的物理特性必不可少，例如，需要定義結(jié)構(gòu)的楊氏模量、泊松比（其值在0.1～0.4之間）、密度等相關(guān)的結(jié)構(gòu)特性方面的信息，以供結(jié)構(gòu)計算能夠正常執(zhí)行下去。1.2、選擇合理的優(yōu)化單元類型在ANSYS中，不是所有的單元類型

3、都可以執(zhí)行優(yōu)化的，必須滿足如下的規(guī)定：（1）2D平面單元：PLANE82單元和PLANE183單元；（2）3D實體單元：SOLID92單元和SOLID95單元；（3）殼單元：SHELL93單元。上述單元的特性在幫助文件中有詳細的說明，同時對于2D單元，應使用平面應力或者軸對稱的單元選項。1.3、指定優(yōu)化和非優(yōu)化的區(qū)域在ANSYS中規(guī)定，單元類型編號為1的單元，才執(zhí)行優(yōu)化計算；否則，就不執(zhí)行優(yōu)化計算。例如，對于結(jié)構(gòu)分析中，對于不能去除的部分區(qū)域?qū)卧愋途幪栐O定為≥2，就可以不執(zhí)行優(yōu)化計算，請見下面的代碼片段：…………E

4、t,1,solid92Et,2,solid92……Type,1Vsel,s,num,,1,2--Vmesh,all……Type,2Vsel,s,num,,3Vmesh,all…………說明：上述代碼片段定義相同的單元類型（solid92），但編號分別為1和2，并將單元類型編號1利用網(wǎng)格劃分分配給了1＃體和2＃體，從而對其進行優(yōu)化計算；而單元編號為2利用網(wǎng)格劃分分配給了3＃體，從而不執(zhí)行優(yōu)化計算。1.4、定義載荷步或者需要提取的頻率1.4.1線性結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析對于結(jié)構(gòu)優(yōu)化而言，其總是在特定的載荷（或者載荷步），約束和目標下進

5、行的，在優(yōu)化分析的過程中，必須執(zhí)行線性結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，才能獲得需要的優(yōu)化之后的形狀。在ANSYS中，可以對單步載荷或者多步載荷執(zhí)行優(yōu)化分析，當然，單步載荷是最簡單的了。然而，對于某個特定載荷步，必須使用LSWRITE載荷步存儲命令將載荷步預存起來，再用LSSOLVE命令進行求解。先看看下面的代碼片段：…………D,10,all,0,,20,1--Nsel,s,loc,y,0Sf,AllselLswrite,1Ddel,Sfdel,Nsel,s,loc,x,0,1D,all,all,0F,212,fx,Lswrite,2……

6、……Lswrite,3…………Finish……Tocomp,mcomp,multiple,3Tovar,mcomp,objTovar,volume,con,,10TodefToloop,20--…………說明：該代碼片段首先定義了3個載荷步，并利用LSWRITE命令將載荷步預存；之后利用Tocomp命令定義優(yōu)化任務目標名稱mcomp，并將體積減少10％作為優(yōu)化的約束條件，之后用Todef初始化優(yōu)化過程，最后利用Toloop命令執(zhí)行優(yōu)化計算，最大計算次數(shù)20次。相關(guān)命令：TOCOMP、TOVAR、TODEF、TOEXE、T

7、OLOOP和簡要說明。（1）TOCOMP：定義結(jié)構(gòu)優(yōu)化任務目標。（如何理解COMPLIANCE：Compliance本意是一致性，統(tǒng)一性，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析中，特別是對于多個載荷步，需要在多個載荷步之間取得一致性的結(jié)果，才能滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析的目標）（2）TOVAR：定義優(yōu)化變量，可以是目標變量，也可以是約束變量等；（3）TODEF：定義優(yōu)化的初始化條件或者收斂準則；（4）TOEXE：執(zhí)行單次優(yōu)化計算；（5）TOLOOP：批量執(zhí)行多次優(yōu)化分析計算。說說TOEXE和TOLOOP之間的區(qū)別：TOEXE執(zhí)行單次優(yōu)化分析計算，其本身

8、不執(zhí)行結(jié)構(gòu)分析過程，因此，在利用TOEXE命令執(zhí)行優(yōu)化計算之前，需要利用SOLVE或者LSSOLVE命令先執(zhí)行結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析計算；而TOLOOP是一個執(zhí)行優(yōu)化計算的宏命令，其中包含了SOLVE和LSSOLVE等命令，因此在上述代碼片段中沒有出現(xiàn)SOLVE或者LSSOLVE命令。就使用的便利性而言，利用TOLOOP命令可能--更方便，