ansys教程结构拓扑_17.10

1、结构拓扑拓扑学(topology)是几何图形或空间在连续改变形状后还能保持不变的一些性质的学科。它只考虑物体间的位置关系而不考虑它们的形状和大小。通过对零件进行拓扑优化可以得到最优化材料分布的结构形式，有利于零件的轻量化。可以做结构拓扑的不少，本文使用的是 hypermesh13.0。在做结构拓扑之前需要先学习 hypermesh 的，也可以跟着 hypermesh 的帮助文件做。1基本操作Hypermesh 的基本操作如下但不限于此，基本操作可以查看帮助文件。2用户模板打开 hypermesh之后需要先选择操作的模板，用于结构拓扑优化的应选择模板为optistruct。3载入模型Hyperm

2、esh 支持多种格式的文件输入，载入模型先点击如图图标，再选择第三个图标（其他图标分别用于载入不同类型的文件），最后点击文件夹图标，选择要载入的文件，注意文件路径不能有中文。点击 import 载入模型。4网格划分载入模型之后需要对模型进行网格划分，网格的划分应尽量使得网格为六面体网格，以保证计算的准确性，这部分可以hypermesh 网格划分的教学，也可以学习帮助文件里的例子。网格划分需要经验的积累，需要多练习，hypermesh 具有强大的网格划分能力，可以对其中的网格划分工具多加。下图为网格划分完成的立柱模型。5创建材料点击下图红框图标，进入材料创建界面。输入材料名称，type 选择 i

3、sotropic（各向同性），card image 选择 mat1，点击card/edit，出现如下界面：图中三项分别是弹性模量、泊松比、质量密度，注意 hypermesh 里默认长度是 m，所以其他也要随之换算。6创建并赋予属性之后就是创建 property，并赋予 property 材料属性，这里创建不同的property 的原因是在分析中需要加入非设计区，而拓扑的时候 hypermesh 是根据 property 来识别的。最后赋予不同的 components 不同的 property。7定义载荷和约束7.1创建连接点在创建载荷和约束之前，需要创建载荷和约束作用的 node，在 geom

4、 版面中点击nodes，可以选择使用坐标创建，也可以选择用模型自带的 po创建。之后就是创建将 node 与受载面连接的刚性单元，在 1D 版面中选择rigids，并将载荷作用点与受载面连接起来。7.2创建载荷和约束先创建 load collector，点击下图中图标，并创建两个 load collector，分别用于载荷和约束，此处命名为force 和 SPC。在 force 处右键，选择 make current，看到界面右下角显示当前 load collector为 force，则在此情况下创建的载荷或约束都属于该 collector。首先先创建载荷，在ysis 版面中选择for，添加载

5、荷。需要添加约束时先修改当前load colletor 为SPC，在 SPC 处右键，选择 make current，看到界面右下角显示当前 load collector 为 SPC，接着在ysis 版面中选择constra，添加约束。8Load step 创建在ysis 版面中选择 load step，添加工况。勾选 SPC 和 LOAD，并点击右侧等号分别选择对应的load collector。9optimization 分析设置9.1topology 分析设置在进行分析之前，需要对优化进行一些设置，在ysis 版面中选择optimization。在分析设置中，先是对 topology 进

6、行设置，创建变量 dv1，并选择设计区的 property。然后在 parameter 中设置最小成员尺寸，这个尺寸表示拓扑生成的形状在相邻边界之间的最小距离不会小于这个尺寸，这里的数值选择不能太大也不能太小，太小了拓扑出来的肋会比较多且很细，加大了加工的难度，设置的太大则轻量化程度会很受限制，根据拓扑立柱的经验一般选择 610，不同的零件应尝试不同的最小成员尺寸，并找到最合适的数值。在最小成员尺寸的右边是 stress constra的设置，这里可以填入一个应力的数值，拓扑的结果会尽量使得零件产生的应力小于这个值，但是并不能保证一定会小于这个值。接着在 draw 里设置拔模方向，拔模选择非设

7、计区，设置方法详见教学或帮助文件。然后就是在 pattern grou中设置对称性，设置的方法详见帮助文件，解释的很清楚，路径为 OptiStruct Users Guide Design Optimization ManufacturingConstras Manufacturability for Topology Optimization。9.2responsed 设置设置完 topology，就要设置分析的响应，一般常用的是体积比（volfrac）和挠度（compl），体积比的意义是拓扑后模型的体积占原来的百分比。之后就是设置分析目标和约束。本文选用以体积比为 0.4 为约束，以挠度最

8、小为设计目标进行的分析，换而言之就是求解出在减重百分之六十的情况下使得零件的刚度达到最大的结构。这里的分析可以有各种组合搭配，比如体积和挠度，质量比和位移等搭配，但是不将应力作为约束的对象。以下是一些 hypermesh 对于一些应力约束的解答。问题 1：在拓扑优化中，我是否可以通过 DRESP1 卡片，在设计空间中增加应力约束条件？解答：通过 DRESP1 卡片进行局部应力约束是的。问题 2：在质量/体积约束条件已经存在的前提下，是否可以在其基础上再增加全局应力约束条件？解答：不建议用户同时使用质量/体积约束和全局应力约束条件。很多情况下，由于前者的存在，使得全局应力约束条件往往得不到满足。

9、问题 3：在拓扑优化阶段，为什么我设置了全局应力约束条件，在某些局部，应力水平依然超过了全局应力约束的要求？解答：如同拓扑优化是概念设计阶段对模型的宏观布局进行控制类似，全局应力约束亦是在优化分析的过程中，将整体模型的应力水平控制在一个合适的范围中，而并不关注于局部应力集中的问题。所有在拓扑优化过程中发现的局部应力集中问题，在结构设计基于拓扑优化结果进行产品概念再设计后，将通过尺寸优化（size optimization），形状优化（shoptimization），形状优化（free shoptimization）以及这三者的结合应用进行解决。在拓扑优化的过程中，OptiStruct 将自动忽略那些人工引入的应力集中问题，例如刚性连接（rigid connection），以及那些由于的几何过渡导致的应力集中问题。10 optistruct 分析设置在ysis 版面中选择optistruct。选择 run option 为optimizati