拓扑优化上机

1、C型夹结构的概念设计本示例通过对C型夹结构进行拓扑优化，为结构创建新的边界并删除多余的材料，并根据每个单元的密度结果进行归一化，帮助用户删除掉低密度的单元。图8-19 包含边界条件的设计空间和设计约束优化问题描述：根据载荷和设计要求为一个C形夹结构（如图8-19）提出优化的概念设计。优化目标是使用的材料最少。设计要求指出这种C形夹的开口部分（即图中的A和B处的节点）在y方向的位移不能超过0.14mm。目 标： 体积最小化约 束： 1）节点A 在y 轴方向的位移小于0.07mm2）节点B 在y 轴方向的位移小于0.07mm设计变量： 单元密度该问题优化过程步骤如下。1使用HyperMesh建立有

2、限元模型（1）导入文件并加载OptiStruct用户面板1）启动 HyperMesh ，并在User Profiles 对话框中选择OptiStruct。User Profiles 也可以通过工具栏的下拉菜单Preferences 进入。 2）点击。 3）找到cclip.hm 文件并点击Open （2）定义材料属性、单元属性卡片及components由于components需要指向一种材料，所以首先应创建材料collectors。 通过Card Editor 工具栏按钮 可以修改collectors的卡片属性和材料。1）点击定义材料。2）在面板左边选择create子面板。）点击name =并输

3、入steel。）点击card image =并从弹出菜单中选择MAT1 ）点击create/edit。弹出MAT1 的卡片信息。 ） 对于E, 输入数值 2.0E5；对于Nu, 输入数值 0.3；对于RHO, 输入数值 7.85E-9。 ）点击创建一个属性卡片。） 点击 name = 并输入 pshell。） 点击card image =并从弹出菜单中选择PSHELL。1）点击material =并选择steel。1）点击create/edit。弹出PSHELL 的卡片属性card image。1）点击，输入厚度1.0。1）点击return。这就创建了一个新的壳单元属性卡片，材料属性为stee

4、l中，单元厚度值为1mm，并指定了颜色。可以通过模型树的鼠标右键功能编辑修改。14）点击return返回主菜单。15) 点击创建component.16) 点击 name = 并输入 shells。17) 设置颜色，点击property,选择属性pshell。1）点击两次return 返回主菜单。 （3）生成有限元网格 使用automesh功能创建四边形单元为主的网格，因为之前创建的shells是当前的components，现在生成的任何单元都会被放到这个components中。1）在2D页面中，选择automesh面板，或按下F12键。 2）在element size=, 输入2.5并按下E

5、NTER确认。 3）使用切换开关使mesh type:置于mixed。 ）点击上的箭头按钮切换至；）点击模型上半个曲面的任何一条边，即可选择上部的曲面，点击 mesh。曲面上显示出网格的密度。 ）再次点击 mesh。如图8-20所示，根据信息栏的提示，在这个曲面上已生成约558个壳单元。图8-20 在automesh 面板中创建的四边形网格6）点击 return 将网格保存到shells这个component中。 注意网格的颜色与当前的components的颜色是一致的。 7）点击 return 返回主菜单。 （4）创建上部曲面单元的镜像单元1）在Tool页面, 选择reflect面板。 2）

6、点击面板左边的开关并在弹出菜单中选择elems。 3）点击elems在弹出菜单中选择displayed。4）再次点击elems在弹出菜单中选择duplicate，从下一个弹出菜单中选择original comp。这一步完成对所选择的单元进行复制的操作。5）点击页面中间的切换开关，从弹出菜单中选择垂直于映射平面的方向，在本例选择y-axis。靠近y轴的紫色按钮B被高亮显示。 6）选择如图8-21所示的节点，该节点用以定义映射平面。图8-21 映射单元所需要的基点7）点击reflect。网格会出现图形的下半部分。 8）点击return。即完成对选择网格单元的镜向操作。提示：如果没有看到镜向的单元，

7、请对屏幕上的图形进行刷新操作。（5）合并网格间的重复节点 上下两个曲面的共享边上的节点现在是相互独立的，为了保证网格的连续性，需要将其合并。 1）从Tools页面选择edges面板。 2）使用鼠标左键在屏幕上选择一个单元，这样就将该单元所在的components放入 comps缓冲区。3）点击preview equiv。这一步将会在两次生成的单元之间高亮显示21个节点，它们代表单元间的缝隙。4）点击equivalence。在信息栏中提示“21 nodes were equivalenced”。5）点击return返回Tool页面。 （6）创建load collectors创建两个load co

8、llector，spc和forces（并分配颜色）。执行以下步骤： 1）点击。）点击name= 输入constraints。）点击color并在调色板中选择绿色。）点击前的箭头在弹出菜单中选择no card image，然后点击右侧的create。一个名为constraints的新的load collector被创建。7）点击name= 输入forces。8）点击color并在调色板中选择红色。9）点击前的箭头选择no card image，然后点击右侧的create。10）点击return返回主菜单。（7）施加约束边界条件在图8-22所示的三个带有约束的节点上，需要创建这些约束并将其组织到s

9、pc的load collector中。参考下列步骤：BA图8-22 应用在C型夹网格上的边界条件及力1）在键盘上按下G 返回global 面板。 2）点击 loadcol=。 3）从load collectors列表选择 constraints。4）点击return退出Global面板。 5）从Analysis页面选择constraints面板。 6）在面板左侧选择create子面板。 7）选择C型夹左侧边界上的中心节点（见图8-22）。8）激活 dof1, dof2, 和 dof3（选中自由度复选框）。 9）点击 create 对所选择的节点施加约束。注意此时在节点上会出现一个三角形符号，它

10、的上边标有每一个被约束自由度的数字。 10）点击C型夹中心曲线上右侧的节点（如图8-22所示）。 11）只选择dof2，点击 create。12）选择C型夹左上角的节点（如图8-22所示）。 13）仅约束其dof3自由度，点击 create。约束应如图8-22所示。14）点击 return。 （8）施加力边界条件如图8-22所示，在C型夹开口的两端分别施加两个相反的力，大小为100 N。 1）在键盘上按下G键返回到 Global 面板。2）点击loadcol=，选择forces，然后点击return。 3）在Analysis页面, 选择forces面板。4）点击nodes，选择夹子上边开口端部

11、的节点A。 5）点击magnitude= ，输入100.0并按下ENTER。 6）使下面的开关置于y-axis，点击create。在屏幕上会出现一个指向该节点的箭头。 7）选择夹子下边开口端部的节点B。 8）点击magnitude=，输入-100.0并按下 ENTER。 9）确认y-axis被选择，点击create。在屏幕上会出现一个指向该节点的箭头。10）为识别这两个箭头，选择 uniform size=，输入7, 并按下ENTER。这一步定义箭头的显示大小。 11）点击 return 返回Analysis 页面。 （9）创建一个载荷工况（load case）设定边界条件的最后一步是创建Op

12、tiStruct 的子工况subcase（即 HyperMesh中的loadstep）。1）在Analysis页面，点击loadstep。 2）点击name=，输入opposing forces,，并按下ENTER。给子工况命名为opposing forces。3）激活SPC。SPC的右边会出现一个条目对话框。 4）点击条目对话框，在load collectors列表中选择constraints。 5）激活Load 并在load collectors列表中选择forces。 6）类型选择linear static，点击create。 7）点击return，返回Analysis页面。 2模型静力

13、分析（1）执行计算 在定义优化过程之前执行一个线性的静力分析。在优化之前进行此种分析可以帮助识别结构的响应。这样可以保证为优化所定义的约束是合理的。1）在Analysis页面，选择OptiStruct 面板。该面板用于输出求解器输入文件，然后运行analysis或optimization计算，当计算完成后将结果文件载入HyperMesh。 2）点击save as，输入文件名cclip_analysis.fem并点击Save。 3）将run options:置为analysis。 4）点击OptiStruct运行分析。计算完成后结果文件将自动载入。 5）关闭DOS窗口或shell窗口，并点击 r

14、eturn。（2）分析结果的后处理 1）在Post页面，选择contour面板。 2）点击simulation= 选择opposing forces。 3）点击data type= 选择Displacements。 4）将total disp改为y comp。 5）激活min/max titles和info title两个选项。 6）点击contour。节点A和节点B的位移各是多少？ 7）点击return。3建立优化前面已经定义了初始的包含壳单元、单元属性、材料属性、载荷和边界条件的有限元模型。现在需要对模型进行拓扑优化，优化的目标是减少使用的材料（减重）。但是, 减少材料后可能会导致模型刚度

15、的降低以及变形加剧。因此，在优化过程中需要确定一个位移的约束，这样可以在使用的材料和模型的总体刚度上达到一定的平衡。在结构上的外力作用点是夹子开口部分的节点，这两个节点会有较大的位移，需要对这两个节点的位移进行约束，使其在y 轴方向上的位移不超过0.07 mm。（1）定义拓扑优化的的设计变量1）在Analysis页面, 选择optimization。2）选择topology。 3）选择create子面板。4）点击 选择 shells。 5）选择type: PSHELL。6）点击DESVAR=，输入shells，并按下ENTER。 7）确认base thickness为0.00。 数值0.0表示

16、某个特定单元的厚度可以为0，即单元可以为空。 8）点击 create。9）点击return返回optimization面板。 （2）定义优化的响应为此需要定义三个响应。第一个是体积分数，它随后构成优化的目标；另外两个是位移响应（两个位移约束）。将体积分数定义为响应：1）点击responses。2）点击response= 并输入Vol。3）将response type: 置于volumefrac。4）确认response type开关设为total。 5）点击create。 将位移定义为响应：要将位移设定为响应，需要提供响应名称、将响应类型设置为displacement、选择位移响应的目标节点，

17、并选择位移的类型（自由度）。 1）点击response= 并输入upperdis。 2）将response type: 置于static displacement。 3）点击如图8-22所示的A节点（C型夹的上端开口）。并为该节点选择dof2 。 4）点击create。 5）点击response= 并输入lowerdis。而response type:仍置于static displacement。 6）点击如图8-22所示的B节点（C型夹的下端开口）。选择dof2，然后点击create。 7）选择review查看所创建的响应列表。 8）点击return两次返回optimization面板。 （

18、3）定义约束为优化分析定义约束的上界和下界。1）选择dconstraints 进入Constraints面板，如图8-23。图8-23 Constraints面板2）在constraint= 后面输入const1。3）激活upper bound=，在upper bound= 后面输入数值0.07。4）将response= 设为upperdis。5）选择loadsteps。6）激活opposing forces，点击select。7）点击Create。8）在constraint=后面输入const2。9）取消对upper bound=的激活。10）激活lower bound=，在lower bo

19、und= 后面输入数值0.07。11）将response= 设为lowerdis。12）选择loadsteps。13）激活opposing forces，点击select。14）点击Create。15）选择Review 查看新创建的约束的列表。16）点击return两次，返回optimization面板。（4）定义目标函数1）点击objective，进入Objective子面板，如图8-24。2）确认objective左边的开关被置于为min。3）点击response= 并选择vol。4）点击create。5）点击return，退出Optimization面板。图8-24 Objective面

20、板4优化计算 1）在Analysis页面上选择optistruct 面板。2）点击save as 并输入文件名cclip_complete.fem，最后点击Save。这一步告诉OptiStruct 各种输出文件使用的名称及这些文件存放的位置。实际上保存这些文件是在优化计算完成之后。3）点击Run Options:下面的切换开关并选择Optimization。4）点击OptiStruct 运行优化计算。从这个面板中运行OptiStruct 计算可以在计算结束后自动将结果文件载入HyperMesh 。点击OptiStruct按钮后，OptiStruct会将模型写入OptiStruct 的求解器输入

21、文件，然后进行求解并将结果载入HyperMesh进行后处理。不再需要使用OptiStruct模板输出文件，以及手动地设置求解器并导入后处理结果。在计算完成后窗口中会出现“.Processing complete”的信息。如果计算过程中出现错误，可以在cclip_complete.out文件中找到有用的警告和错误信息。这个文件与.fem文件在相同的目录下。5）关闭DOS 窗口，并点击Return。 5查看结果OptiStruct 将为所有的迭代提供密度信息。OptiStruct 也将为线性静力分析提供第0步和最后一步迭代的位移和Von Mises 应力结果。下面介绍如何在HyperMesh中查看

22、这些结果。（1）查看变形的形状查看模型的变形形状是很有用的，通过该方式可以确定边界条件的加载是否正确，也可以检查模型的变形是否和预期的相符。1）选择Post页面。2）选择deformed面板。3）点击simulation =。可以看到很多模拟。在模拟列表的底部，可以看见：opposing forces -ITER 0 和opposing forces ITER 29。提示：每个人计算出的迭代步可能不同，在后面的操作中当需要选择 ITER 29时，请选择最后的迭代步即可。4）选择opposing forces - ITER 0。5）确认datatype =指向displacements。6）将开

23、关从model units =切换到scale factor =。7）在scale factor =后面输入100.000。8）点击deform。这一步在初始的没有变形的网格上叠加显示模型的变形图，参见图8-25。变形后的网格形状与施加的边界条件相符吗？图8-25 叠加在初始未变形网格上的变形图（放大系数被设为100.000）颜色较深的网格是变形图，颜色较浅的网格是初始的位置9）点击return，返回主菜单。（2）查看密度结果的瞬态动画这一步查看优化过程中的材料的分布。1）在Post 页面上选择transient 面板。2）将start with =设为DESIGN - ITER0。3）将en

24、d with =设为DESIGN ITER29。4）将data type =设为Element Density。5）点击transient。6）按照表8-3设置动画面板上左边的选项。7）如果动画的帧放映过快，使用slower 按钮放慢动画。8）完成查看动画后点击exit。9）点击return。表8-3 动画面板选项设置Modehidden lineColorcontourlightssmoothMeshon（3）查看静态云图 此云图显示模型中的所有单元的密度值。1）从Post页面上选择contour面板。2）点击simulation =并选择DESIGN ITER29。3）点击data typ

25、e =并选择Density。4）点击assign，查看所有单元在优化结束时的单元密度。单元高密度区表示需要材料的地方，低密度区的材料可以减少。5）点击return。（4）查看等值面图 这里使用HyperMesh的contour等值曲面后处理功能，查看OptiStruct的密度结果。等值面图提供单元密度信息，保留所有在指定的密度阈值以上的单元。调整密度阀的值可以找到最适合需要的结构。 1）在Post页面上选择contour面板。2）将simulation设为DESIGN ITER29。3）点击data type =并选择Element Density。4）在面板左方选择isosurface子面板

26、。5）激活show。6）将显示模式从legend based切换为value based。7）将iso surface =设为0.300。8）激活include faces above。9）点击contour。结果如图8-26。图8-26 可设计材料的最优化布局的等值面图10）在图8-26的三角形上按下鼠标左键，此三角形现在指向0.300的密度值，然后移动鼠标改变阈值。可以看到图形窗口中的等值曲面会随着新的阈值自动更新。此工具可以更好地在OptiStruct中查看材料的分布与载荷的路径。8.3.2 汽车摆臂的概念设计要求使用OptiStructs拓扑优化功能对汽车摆臂进行概念设计，优化得到的结

27、构不仅重量更轻，且满足所有载荷工况的约束要求。汽车摆臂有限元网格包括可设计区域（蓝色）和不可设计区域（黄色），如图8-27所示。零件指定约束点（载荷施加点）的合位移，在该点上施加三种载荷后产生的位移分别为0.05、0.02、0.04，优化设计的目标是尽可能减少设计材料。优化问题描述如下：目 标：体积最小化约 束：施加载荷的节点在工况1下的合位移小于0.05 mm；施加载荷的节点在工况2下的合位移小于0.02 mm；施加载荷的节点在工况3下的合位移小于0.04 mm。设计变量：单元密度不可设计域可设计域载荷施加点图8-27 包含可设计和不可设计材料区域的有限元网格模型本示例的基本分析过程包括如下

28、内容：将已标识可设计与不可设计区域的有限元模型导入HyperMesh；定义相关的属性、边界条件、载荷、和优化参数后，使用OptiStuct确定材料的最优分布；结果（实体的分布）将以单元密度值从0到1的云图在设计空间中显示，需要加强的区域的密度趋向于1。1读取数据并定义相关属性（1）载入OptiStruct并读取文件1）启动HyperMesh并从User Profiles对话框中选择OptiStruct用户界面或通过下拉菜单Preferences中进入User Profiles。 2）点击工具栏按钮。 ）选择carm.hm文件，并点击Open。carm.hm文件被载入到当前HyperMesh进程

29、中，取代进程中已有的其他数据。（2）建立材料和几何属性本示例中所用到的三个components事先已经定义，以下需要创建材料集并为每个components指定相应的材料和单元属性。1）点击定义材料。2）在面板左边选择create子面板。）点击name =并输入steel。）点击card image =并从弹出菜单中选择MAT1 ）点击create/edit。弹出MAT1 的卡片信息。 ） 对于E, 输入数值 2.0E5；对于Nu, 输入数值 0.3； ）点击创建两个属性卡片。） 点击 name = 并输入 design。） 点击card image =并从弹出菜单中选择PSOLID。1）点击m

30、aterial =并选择steel。11)重复定义单元属性nondesign1）点击return。）点击;）从面板左侧的按钮中选择assign子面板。）点击黄色的comps按钮。）激活design，并点击select。）点击assign。）重复给component nondesign 指定单元属性nondesign20）点击return返回主菜单。2建立FE模型该模型在两个套管位置使用单点约束，一端约束dof1、dof2和dof3自由度，另一端约束dof2、dof3自由度。此外也约束节点3239处的dof3自由度。施加的载荷是三个方向独立的力，分别在x, y和z方向上，并分别放在不同的load

31、 collector中。对应每一个力，分别创建三个载荷子工况（loadsteps）。（1）创建load collector本例需要创建4个load collector，命名为spc、brake、corner和pothole，并分配不同的颜色。其中spc用于管理边界条件，另外三个用于管理作用于2699号节点的三个力（分别在x，y和z轴方向上）。具体步骤如下：1）点击；）点击name = 并输入spc。）点击color并在调色板里选择一种颜色。）选择no card image。）点击 create，创建名为spc的load collector。）重复）步，分别创建名为brake、corner和po

32、thole的load collector。9）点击return返回主菜单。（2）设置load collector将spc设置成当前的load collector。1）按快捷键2）点击loadcol。 3）从load collectors列表中选择spc。 （3）创建约束1）在Analysis页面中，选择constraints面板。2）从面板左侧的按钮中选择create子面板。3）在图形窗口中，通过点击方式选择套管一端的节点（前端，如图8-28），约束其dof1、dof2和dof3三个自由度。确认选择dof1、dof2和dof3前的复选框，而dof4、dof5和dof 6自由度未复选。复选的自由

33、度将被约束，未复选的自由度是可动的。4）点击create，即创建约束，在图形窗口中被选择的节点处出现三角形约束符号，上边的数字123表明沿x轴、y轴、z轴方向的移动自由度已约束。图8-28 约束套管一端的dof1、dof2 和dof3 三个自由度 5）选择套管另一端的节点并约束其dof 2 和dof 3 自由度，如图8-29。6）点击create。在图形窗口中被选择的节点处出现三角形约束符号，上边的数字23表明沿y轴、z轴方向的移动自由度已约束。图8-29 约束套管另一端的dof2 和dof3 两个自由度 7）点击nodes，选择如图节点；7）输入数值3239并按回车，即选择ID号为3239的

34、节点，如图8-30。8）仅约束dof3。9）点击create。在图形窗口中被选择的节点处将出现三角形约束符号，上边的数字3表明沿z轴方向的移动自由度已约束。3239号节点 图8-30 约束ID3239节点的dof3 10）点击return返回主菜单。（4）创建载荷在节点2699上加载三个独立的力，分别在x、y 和z 方向上，分别属于brake、corner 和pothole三个load collector。使用表8-4中的数值来创建载荷。具体步骤如下：表8-4 力的设定Node IdCollectorMagnitudeAxis2699brake1000x-axis2699corner1000y

35、-axis2699pothole1000z-axis1）将当前load collector置于brake。 2）在Analysis页面选择forces面板。3）从面板左侧的按钮中选择create子面板。4）点击选择开关，并从弹出菜单中选择nodes。5）点击nodes，并从弹出的扩展选项菜单中选择by id。6）输入数值2699并按回车。7）将坐标系转换开关置于global system。8）点击向量定义开关，并选择constant vector。9）点击magnitude = 并输入数值1000.000。10）点击magnitude =下面的方向定义开关，并在弹出菜单中选择x-axis。11

36、）点击create。在节点2699的x轴方向施加1000单位的集中力。12）重复1）11）步，建立另外两个力。注意在1）和10）步应根据表8-4内容进行设置，分别选择不同的collector及力的方向。13）创建三个力后，点击return返回主菜单。节点2699处的不同方向的三个力如图8-31所示。图8-31 节点2699处三个方向的载荷 （5）创建OptiStruct子工况设定边界条件的最后一步是创建OptiStruct 的子工况，即HyperMesh中的loadstep。该过程包括定义loadstep的名称并指定相应的load collector。1）在Analysis页面选择subcas

37、e 面板。2）点击name =并输入brake。3）确认输出选项置于export。 4）确认type:置于linear static。 5）确认SPC前的复选框被选中，点击其右侧的条目区并从load collectors列表中选择spc。6）确认LOAD前的复选框被选中，点击其右侧的条目区并从load collectors列表中选择brake。7）点击create。一个OptiStruct子工况brake已经创建，该工况的约束由load collector中的spc指定，力由load collector中的brake指定。8）点击name = 并输入corner。9）确认SPC前的复选框被选中

38、，点击其右侧的条目区并从load collectors列表中选择spc。10）确认LOAD前的复选框被选中，点击其右侧的条目区并从load collectors列表中选择corner。 11）点击create。一个OptiStruct子工况corner已经创建，该工况的约束由load collector中的spc指定，力由load collector中的corner指定。12）点击name =并输入pothole。13）确认SPC前的复选框被选中，点击其右侧的条目区并从load collectors列表中选择spc。14）确认LOAD前的复选框被选中，点击其右侧的条目区并从load colle

39、ctors列表中选择pothole。 15）点击create。一个OptiStruct子工况pothole已经创建，该工况的约束由load collector中的spc指定，力由load collector中的pothole指定。16）点击return返回主菜单。3在HyperMesh中设置Optimization（1）为拓扑优化定义设计变量1）在Analysis页面选择optimization面板。2）选择topology面板。3）点击4）确认design被选中并点击select。5）将type置于PSOLID。6）点击desvar = 并输入dsolid。7）点击create。即定义了一个

40、拓扑优化的设计空间dsolid，单元属性为design的所有单元现在都包含在设计空间中。8）点击return返回optimization面板。（2）定义响应在这个优化问题中，目标是体积的最小化，而约束是受力的2699号节点的位移。将创建两个响应：一个是用于定义目标的体积响应，另一个是位移响应。提示：由于三个载荷工况都使用相同的节点位移作为响应，所以只需要定义一个位移响应。1）选择responses面板。2）点击response = 并输入vol。3）点击响应类型开关并在弹出菜单中选择volume。4）确认regional/total置于total（默认值），点击create。模型的体积响应vo

41、l已被定义。5）点击response =并输入disp1。6）点击response type开关并在弹出菜单中选择Static displacement。7）点击nodes并从弹出的扩展项选择菜单中选择by ID。8）输入2699并按回车。受三个力的节点被选择。9）选择total disp。这是x、y、z三个坐标轴方向的合位移。10）点击create。节点2699的总位移被定义一个disp1响应。11）点击return返回optimization面板。（3）定义目标函数在本例中目标是最小化已定义的vol全局体积响应。 1）在optimization面板，选择objective子面板。2）点击o

42、bjective面板左上角的转换按钮，从弹出菜单中选择min。 3）点击response =，并从响应列表中选择vol。4）点击create。5）点击return返回optimization面板。（4）定义设计约束对每一个子工况，将对已定义的合位移响应disp1加一个上限约束。1）在optimization面板选择dconstraints子面板。2）点击constraint =并输入constr1。3）确认upper bound =被选中，点击upper bound =并输入数值0.05。4）点击response =并在响应列表中选择disp1。 5）点击loadstep。6）确认brake被

43、选中，并点击select。7）点击create。对应子工况brake，在响应disp1上定义了一个上限为0.05的约束。8）点击constraint = 并输入constr2。9）确认upper bound = 被选中，点击upper bound = 并输入数值0.02。10）点击response = 并在响应列表里选择disp1。 11）点击loadstep。12）确认corner被选中，并点击select。13）点击create。对应子工况corner，在响应disp1上定义了一个上限为0.02的约束。14）点击constraint = 并输入constr3。15）确认upper boun

44、d = 被选中，点击upper bound = 并输入数值0.04。16）点击response = 并在响应列表中选择disp1。17）点击loadstep。18）确认pothole被选中，并点击select。19）点击create。对应子工况pothole，在响应disp1上定义了一个上限为0.04的约束。20）点击return两次返回主菜单。4提交任务（1）检查OptiStruct输入数据检验运算可能被执行，OptiStruct将会计算运行此模型所需硬盘空间和RAM的空间，在校验运算中，OptiStruct也会检查执行分析和优化所必需的信息是否完全，并确保这些信息不会冲突。1）在Analy

45、sis页面选择OptiStruct 面板。2）点击input file: 域后的save as，弹出Save file 对话框。3）选择一个用存储OptiStruct文件的目录，并在File name:域中输入模型文件名carm_check.fem，点击Save。.fem文件的扩展名为OptiStruct输入文件的推荐扩展名。并注意到carm_check.fem的文件名和存取位置显示在input file: 域中。4）将memory options: 置于memory default。5）点击run options: 转换开关，并选择check。6）将export options: 置于all

46、。7）点击OptiStruct。这样就启动了OptiStruct检查运算，一旦过程结束，可以在弹出的DOS或是UNIX窗口中，看到carm_check.out文件的内容，包含文件设置的信息、优化问题的设置、对运行计算所需要的内存数和硬盘空间数的估计、优化迭代和计算时间的信息，也可能看到警告和错误信息。优化问题建立正确了吗？请查看carm_check.out文件中的Optimization Problem Parameters部分。目标函数呢？请查看carm_check.out文件中的Optimization Problem Parameters部分。约束呢？请查看carm_check.out文

47、件中的Optimization Problem Parameters部分。是否有足够的硬盘空间运行优化呢？请查看carm_check.out文件中Disk Space Estimation Information部分。（2）启动OptiStruct1）在Analysis页面选择OptiStruct 面板。2）点击input file: 域后的save as，弹出Save file 对话框。3）选择一个存储OptiStruct文件的目录，并在File name:域中输入模型文件名carm_check.fem，点击Save。4）将memory options: 置于memory default。5

48、）点击run options: 转换开关，并选择optimization。6）将export options: 置于all。7）点击OptiStruct，即开始运行OptiStruct任务。8）点击return。如果任务运行成功，将在OptiStruct模型文件的写入目录中看到新的结果文件。如果运行出错，carm_complete.out是检查错误的良好文件。成功运行后，将在求解写入目录找到以下文件：carm_complete.res，carm_complete.HM.ent.cmf，carm_complete.out，carm_complete.oslog，carm_complete.hgd

49、ata，carm_complete.oss，carm_complete.sh，carm_complete_hist.mvw，carm_complete.stat等。这些文件的解释参考7.6节。5查看结果和后处理在所有迭代中，单元密度结果被输出到carm_complete_des.h3d文件。另外，在第一次和最后一次迭代中每种子工况对应的Displacement（位移）和Stress（应力）结果被默认输出到carm_complete_s#.h3d文件，这里”#”是指定子工况的ID。下面将介绍如何在HyperView中查看结果。（1）查看变形形状1）在命令窗口看到Process completed

50、 successfully信息时，点击绿色的HyperView按钮，即能启动HyperView，并自动载入结果。模型和结果文件成功载入HyperView的信息窗出现，注意在HyperView的三个不同页面中，分别载入了3个.h3d文件。 2）点击 Close关闭信息窗口。 查看模型的变形形状有助于判断边界条件是否正确定义及模型是否按期望变形。在2、3、4页可以查看分析结果，第1页是优化结果。 3）点击工具栏Next page按钮 进入下一页面。第2页显示carm_complete_sl.h3d文件结果。注意，此页名为Subcase 1 brake，其结果与子工况brake对应。 4）点击工具栏

51、按钮Contour 。5）选择Result type:下面第一个下拉菜单并选择Displacement v。 6）选择第二个下拉菜单，并选择Mag。 7）点击Apply显示位移云图。 8）点击工具栏按钮Deformed 。 9）将Result type: 置于Animation(v)，Scale: 置于Scale factor，Type: 置于Uniform。10）在value: 域输入1000，即最大位移为1000个模型单位，其它位移按比例放大。 11）在Undeformed shape: 下面点击Show旁的下拉菜单，选择Wireframe。 12）点击Apply。显示位移云图的模型变形图

52、，表面是最初的未变形的网格。13）如图8-32所示选择Linear Static进入动画模式。 图8-32 动画模式类型 14）点击线性静态图标启动模型动画。显示第一个子工况brake变形动画，注意图标的变化，说明模型在变形。请思考下列问题：在第一个子工况下，施加的载荷是什么方向？哪个节点的自由度被约束了？边界条件应用于网格后，变形形状是否正确？15）在GUI的底部，点击Static Analysis或Iteration 0（如图8-33所示），激活Load Case and Simulation selection 对话框。图8-33 激活Load Case and Simulation s

53、election对话框16）双击Iteration 18选择第18次迭代。云图显示第一个子工况brake的第18次迭代的位移结果，与优化的最后迭代一致。17）再次点击线性静态图标停止动画。18）点击在Next page图标，进入第3页。第3页显示arm_complete_s12.h3d文件结果。注意，此页名为Subcase 2 corner其结果与子工况corner对应。19）重复2）17）步显示第二个子工况的位移云图和模型变形形状。请思考下列问题：在第二个子工况下，施加的载荷是什么方向? 哪个节点的自由度被约束了? 边界条件应用于网格后，变形形状是否正确? 20）用同样的方法，检查第三个子工

54、况pothole的位移和变形。（2）查看密度结果静态图第1页载入的是优化迭代结果（单元密度）。1）点击Previous page图标直到页面名显示为Design History，说明结果对应优化迭代。由于一维单元的密度值不显示，因此可以在使用Contour面板之前，隐藏刚性单元（mask）。 2）点击工具栏Entity Attributes按钮。Entity Attributes面板控制模型属性的显示，面板左边有一个树形的项目列表，用以选择模型的components；并有一个控制项目显示状态的选择按钮。 2）确认Entity: 后面选择是All。3）点击Global左边的+，展开项目列表。 4

55、）点击Rigids使亮显，设置Display: 为Off。此时，属于Rigids部分的单元从视图中关掉。 5）点击工具栏Contour按钮。 6）点击Result type:下面的第一个下拉菜单，并选择Element Densities s。7）点击第二个下拉菜单，选择Density。8）在Averaging method: 下面的区域选择Simple。9）点击Apply以显示密度云图。10）选择工具栏Deformed按钮。11）点击Show: 右侧箭头选择Features用于仅显示未变形网格的边界。12）在GUI的底部，点击Design或者Iteration 0，激活Load Case and Simulation selection 对话框。10）双击Iteration 18选择第18次迭代。模型中的各单元均分配了一种图例色彩，用于表示本次迭代中各单元的密度。请思考下列问题：是否大多数单元的密度值都收敛到接近1或者0?如果有很多中间密度的单元（其密度值介于0和1之间），则需要调整离散参数DISCRETE。离散参数DISCRETE（在optimization面板opti control中设置）可用于使具有中间密度值的单