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基于ANSYS和Solidworks的拓扑优化模型重构方法

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1 问题描述


拓扑优化(Topology Optimization)以材料分布为优化对象,通过拓扑优化,可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。


但是拓扑优化得到的几何模型,一般不能直接用于生产制造,我们通常需要结合加工工艺对其进行重构。


可是如何导出拓扑优化结果,然后对其进行实体编辑,得到一个理想的零件呢?


看完本文,你就彻底明白了!




2 技术实现


步骤1:拓扑优化后,在Mechanical环境下,右击模型树中的Solution—>Total Deformation—>Export—>STL File,选择文件保存位置并命名文件名称;


步骤2:打开Solidworks,选择文件——>打开,选择导出的STL格式文件,将文件名后的“所有文件(*.*)”修改为“STL(*.stl)”,此时不要点击“打开”要先点击选项——>设置输入格式为STL/VRML、输入为为实体、单位为米,依次点击确定、打开;


步骤3:点击右下角“自定义”,选择“编辑文档单位”,先选择单位系统中的MMGS,然后选择再“自定义”,点击确定;


步骤4:对优化模型进行各种特征操作,从而得到最接近的实体模型。


来源:纵横CAE
MechanicalDeform拓扑优化SolidWorks材料ANSYS
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-09-01
最近编辑:2月前
纵横CAE
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ANSYS Workbench平面应力与平面应变分析

1 问题描述ANSYS Workbench分析平面应力(Plane Stress)、平面应变(Plane Strain)、轴对称(Axisymmetric)等问题时,经常需要构建2D模型,并进行2D分析设置,必须激活2D分析类型。平面应力问题适合于薄平板结构,受平行于平板方向的外力作用,如下图所示。此时我们可以做出假设Z轴方向无应力,即Z轴方向应力为0。此时薄平板只受到XY轴方向的应力作用。将上述应力条件代入到广义胡克定律中,得出平面应力状态下的本构方程。平面应变问题比如压力管道、水坝、隧道或者等截面的梁等,这类弹性体是具有很长的纵向轴的柱形物体,横截面大小和形状沿轴线长度不变。作用外力与纵向轴垂直,并且沿长度不变。柱体的两端受固定约束,变形只发生于平面内。此时受垂直于Z轴方向的均布力,假设Z轴方向无变形,即Z轴方向应变为0。此时变形只在XY轴方向发生。3D分析时,我们经常是用CAD软件(如Solidworks、UG等)构建几何模型,然后导入到ANSYS Workbench中进行分析。2D分析亦不例外。 但是,2D分析会像3D分析那样导入外部CAD软件构建的几何模型吗?ANSYS Workbench又是如何将分析类型由3D激活为2D的呢? 看完本文,你就彻底明白了。 2 几何建模首先,采用Solidworks的曲面建模功能构建一个2D平面,如图1所示。点击前视基准面,绘制一个矩形草图——>插入——>曲面——>平面区域。 图 1特别需要注意的是,2D平面的草图必须选择前视基准面(即XY平面),如图2所示。图 2 依次点击“文件”——>“另存为”,将2D平面保存为STP(推荐)或IGS格式,如图3所示。图 3 3 模型导入依次点击开始——>所有应用——>ANSYS——>Workbench,启动并进入ANSYS Workbench界面,新建静力分析(Static Structural),如图4所示。 图 4右击Geometry——>Import Geometry——>Browse——>选择构建的2D平面,将2D平面导入DM界面,如图5所示。图 5 右击Geometry——>Edit Geometry in DesignModeler,进入DM界面,如图6所示。图 6 设置Units为Millimeter。右击模型树中的Import1,选择Generate,生成2D平面,如图7所示。图 7 4 激活2D关闭DM界面,返回到Workbench界面,勾选菜单栏View中的Properties,右侧出现“Properties of Project Schematic”表格,如图8所示。图 8 单击Static Structural中的Geometry,右侧表格变为“Properties of Schematic:Geometry”,将表格最下方的Analysis Type由3D修改为2D,激活2D分析类型,如图9所示。图 9 双击Static Structural中的Model,进入Mechanical界面,如图10所示。图 10单击模型树中的Geometry,在下方的2D Behavior中设置2D分析的问题类型,如图11所示。图 11 其余步骤与3D分析基本一致,本文不再一一操作,有兴趣可参考前期文章:ANSYS Workbench线性结构静力分析实例操作。5 注意事项1)2D分析,需要在DM界面新建或打开一个面物体,或者从任意可以创建面物体的CAD软件中导入。2)2D模型必须在XY平面内,2D平面物体可以使用,但是2D线状物体不可使用。3)先激活2D分析类型,然后才能进入Mechanical,否则还是3D分析,并且不能再进行2D激活。此外,一旦激活2D,则不可能再把2D分析改成3D分析了。4)2D分析不能使用螺栓预紧载荷、线性压力、简单支撑、固定转动;压力只能施加在边界上;轴承载荷和圆柱支撑只能施加在圆形边界上;对于施加在圆形边界上的力,Z方向的投影分量会被忽略;对于有轴对称行为的分析,旋转速度载荷只能施加在Y轴上;载荷和分析结果都是XY平面内的,没有Z方向上的分量。 来源:纵横CAE

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