ANSYS教程二-拓扑优化

1、ANSYS 教程二-拓扑优化拓扑优化什么是拓扑优化？拓扑优化是指形状优化，有时也称为外型优化。 拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案。这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计。（参见“优化设计一章（模型、载荷等）和要省去的材料百分比。拓扑优化的目标目标函数i）给每个有限元的单元赋PLNSOL，TOPO命令来绘出。例如，给定 V=60 表示在给定载荷并满足最大刚度准则要求60%2-12-1a 2-2b 云图形式绘制的拓扑结果。2-1 60%的拓扑优化示例如何做拓扑优化拓扑优化包括如下主要步骤：定义拓扑优化问题。选择单元类型。指定要优化和不优化的区域。定义和控制载荷工况

2、。定义和控制优化过程。查看结果。拓扑优化的细节在下面给出。关于批处理方式和图形菜单方式不同的做法也同样提及。定义拓扑优化问题用户需要定义材料特性（杨氏模量和泊松比），选择合适的单元类型生成有限元模型，施加载ANSYS 教程二-拓扑优化荷和边界条件做单载荷步或多载荷步分析。参见AnalysisProceduresGuides”第一、二章。选择单元类型要使用这个功能，模型中只能有下列单元类型：二维实体单元：SOLID2 和 三维实体单元： 和 壳单元： 二维单元用于平面应力问题。指定要优化和不优化的区域1 2 可：。ET,1, ET,2, 。TYPE,1VSEL,S,NUM,1,2 ！用这些单元划

3、分的实体将被优化VMESH,ALL TYPE,2VSEL,S,NUM,3 ！用这些单元划分的实体将保持原状VMESH,ALL。用户可以使用 ANSYS 的选择和修改命令控制单元划分和类型号定义。定义和控制载荷工况工况是最简便的。据写入文件，然后用 命令求解载荷工况的集合。D,10,ALL,0,20,1 ！定义第一个载荷工况的约束和载荷NSEL,S,LOC,Y,0 SF,ALLSEL ,1 ！写第一个载荷工况DDEL, SFDEL,NSEL,S,LOC,X,0,1 D,ALL,ALL,0ANSYS 教程二-拓扑优化F,212,FX ,2 ！写第二个载荷工况。 ,3 ！写第三个载荷工况。FINIS

4、H/ NTOPDEF,10,3 ！定义优化的参数 ,1,3,1 ！在拓扑优化前做所有三个载荷工况求解。定义和控制优化过程拓扑优化过程包括两部分：定义优化参数和进行拓扑优化。用户可以用两种方式运行拓扑优化：控制并执行每一次迭代，或自动进行多次迭代。ANSYS和 。TOPDEF目，收敛的公差。TOPEXE 命令执行多次优化迭代。定义优化参数处理载荷工况的数目，收敛的公差。命令：TOPDEFGUI：MainMenuSolution-Solve-Topologicalopt注本步所定义的内容并不存入 ANSYS 数据库中，因此TOPDEF执行单次迭代GUI Topological Optimizati

5、on 对话框（ITER 域）中选择一次迭代。命令：TOPEXEGUI：MainMenuSolution-Solve-Topologicalopt下面的例子说明了如何在拓扑优化中每次执行一次迭代：。/ NTOPDEF,25,1 25%体积并处理一个载荷工况SOLVE ！执行第一次应力分析TOPEXE ！执行第一次拓扑优化迭代FINISH/POST1 ！进入后处理器PLNSOL,TOP0 ！画出优化结果*GET, ,TOPO,CONV ！读取拓扑收敛状态*STATUS, ！列表ANSYS 教程二-拓扑优化SOLVE ！执行第二次应力分析TOPEXE ！执行第二次拓扑优化迭代FINISH/POST1

6、。TOPEXE 优化循环和绘图。在下一节，可以看到 ANSYS 宏，用来执行多次优化迭代。自动执行多次迭代果需要的话，可以继续执行求解和迭代。 命令实际是一个S的宏可以拷贝和定（见Ls。命令： GUI：MainMenuSolution-Solve-Topologicalopt下面的例子说明了如何使用 宏执行多次迭代：。 ！定义并写第一个载荷工况。 ！定义并写第二个载荷工况。 ！定义并写第三个载荷工况。TOPDEF,80,3,.001 ！80%体积减少，3 个载荷工况。 0.001 为收敛公差/DSCALE,OFF ！关闭形状改变/ ,3 3 个轮廓数值 ,20,1 20 次迭代。每次迭代求解并

7、绘出。 结果每次迭代执行一次 TOPEXE 命令和一次PLNSOL， TOPO 显示命令。当收敛公差达到（用TOPDEF 定义）或最大迭代次数（用 定义）达到时优化迭代过程终止。查看结果。结果文件将存储ANSYS Commands Reference ANSYS Basic Analysis Procedures Guide第五章。要列出结点解和/PRNSOL PLNSOL 命令的 TOPO 变量。 要列出单元解和 /或绘出伪密度，使用PLESOL PRESOL TOPO ANSYS 表格功能查看结果：ETABLE,EDENS,TOPOANSYS教程二-PLETAB,EDENS PRETAB,

8、EDENSESEL,S,ETAB,EDENS,0.9,1.0 EPLOT要查看最近（最后一次迭代）的收敛情况和结构变形能，使用*GET*GET,TOPCV,TOP0,CONV！如果收敛）*GET,ECOMP,TP0,COMP ！ECOMP=变形能*STAT二维多载荷优化设计示例在本例中，对承受两个载荷工况的梁进行拓扑优化。问题描述2-2 1 的体积50%。2-2 承受两个载荷工况的梁ANSYS命令流求解的。两个载荷工况定义并用 ANSYS 通过类型12TOPDEF命令定义问题50%体积减少。TOPEXE 命令在本例中没有使用，代之以用 12次。/TITLE,A2-d,multiple-load

9、exampleofoptimization/PREP7BLC4,0,0,3,1 ！生成实体模型（3X1 矩形） ET,1,82 ！二维实体单元，1 号为优化ANSYS 教程二-拓扑优化ET,2,82 ！2 号 不 优 化 MP,EX,1,118E9 ！线性各项同性材料MP,NUXY,1,0.3ESIZE,0.05 ！较细的网格密度TYPE,1AMESH,ALL ！自由矩形网格划分NSEL,S,LOC,X,0,0.4 ！选择不优化的部分ESLNTYPE,2EMODI,ALL 2ALLSELNSEL,S,LOC,X,0D,ALL,ALL,0 X=0 处固定NSEL,S,LOC,X,3D,ALL,A

10、LL,0 X=3 处固定FORCE=1000 ！载荷数值NSEL,S,LOC,X,1 NSEL,R,LOC,Y,1F,ALL,FY,FORCE ！定义第一个载荷工况ALLSEL ,1 ！写第一个载荷工况FDEL,ALL NSEL,S,LOC,X,2 NSEL,R,LOC,Y,0F,ALL,FY,-FORCE ！定义第二个载荷工况ALLSEL ,2 ！写第二个载荷工况FDEL,ALLTOPDEF,50,2 ！定义拓扑优化有两个载荷工况/SHOW,topo,grph ！将图形输出到文件（在交互方式下删除本命令/DSCALE,OFF/ ,2 ,12,1 12 次迭代FINISH求解结果2-3 top.grph 文件ANSYS /SHOW 命令删除以观看每次迭代的结果。2-3 拓扑优化结果50%体积减少ANSYS教程二-一些说明结果对载荷情况十分敏感。很小的载荷变化将导致很大的优化结果差异。 “清晰”“混乱”大的有限元模型需要更多的收敛时间。80%或更大（TOPDEF 命令。如果有多个载荷工况时，有多种方式将其联合进行拓扑优化求解。例如，考虑有五个载荷工况的情况。可以选择使用五个单独的拓扑优化分析过程，也可以使用包括这五个工况的一次拓扑优化分