快速学会一项分析- 钣金结构的拓扑优化-OS-T：2000

对零件施加拔模工艺约束的拓扑优化的，在于它能够确保设计的结构在制造过程中可以顺利脱模，从而避免因结构设计不合理而导致的制造困难。拔模约束通过定义一个或多个方向，确保材料分布不会阻碍模具的分离，这对于铸造工艺尤其重要。拔模约束的必要性在于，它直接影响到产品的制造工艺和成本。如果设计不考虑拔模方向，可能会导致无法制造出设计的产品，或者需要额外的工序来实现，这将增加成本和生产时间。因此，在设计阶段就考虑拔模约束，可以确保设计的可行性和经济性。印象中OptiStruct已经支持五轴加工约束，但是没找到相关连接，假设已经有这项技术了。五轴加工是一种先进的制造技术，可以在多个方向上进行精确的切割和铣削，从而实现复杂的几何形状，即可以考虑负角的情况。通过五轴加工的制造约束，使得设计人员能够更精确地控制产品的制造过程，优化材料使用，并提高产品的质量和性能。在本教程中，您将学习如何在控制臂的拓扑优化过程中应用拔模方向约束。在开始之前，请将本教程中使用的文件复 制到您的工作目录。http://majorv.help.altair.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS-T-2030/controlarm.zip有限元网格包含可设计区域（棕色）和不可设计区域（蓝色），如图1 所示。 图1.Control Arm示意图一、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件1.启动HyperMesh。此时将打开User Profile对话框。2.选择OptiStruct，然后单击OK。这将加载用户配置文件。它包括相应的模板、宏菜单和导入阅读器，将HyperMesh的功能缩减为与生成OptiStruct模型相关的功能。二、打开模型1.单击File>Open>Model。2.选择保存到工作目录的controlarm.hm文件。3.单击Open。 controlarm.hm数据库将加载到当前HyperMesh会话中，替换任何现有数据。三、设置优化3 3.1创建Topology Design variables1.在Analysis页面中，单击optimization。2.单击topology。 3.选择create子面板。4.在desvar= 字段中，输入dv1。5.将type：设置为PSOLID。6.使用props选择器，选择Design。7.单击create。3.2创建Draw Direction约束拉伸方向约束允许设计的铸造可行性，以便确定的拓扑结构将允许模具在给定方向上滑动。这些约束是使用DTPL卡定义的。有两个DRAW选项可用。选项SINGLE假设将使用单个模具。选项SPLIT假设两个模具在给定的拉伸方向分开用来铸造零件。1.选择draw子面板。2.将draw type：设置为single。选项'SINGLE' 假设将使用单个模具，并沿给定的draw方向滑动。3.定义拔模方向。a)单击anchor node，然后在id= 字段中输入3209。b)单击first node，然后在id= 字段中输入4716。4.使用props选择器，选择Non-design属性。在同一个DTPL卡片上，将不可设计的零件指定为铸造过程中的障碍物，并确保最终结构的铸造可行性。5.单击update。6.单击return返回Optimization面板。3.3创建优化响应1.在Analysis页面中，单击optimization。2.单击Responses。3.创建体积分数响应。a)在responses= 字段中，输入Volfrac。b)在响应类型下方，选择volumefrac。c)将区域选择设置为by entity和no regionid。d)单击create。4.创建Weighted Compliance响应。 a)在responses= 字段中，输入Comp1。b)在响应类型下方，选择weighted comp。c)单击loadsteps，然后选择所有Load Step。d)单击return。 e)单击create。5.单击return返回Optimization面板。3.4创建设计约束1.单击dconstraints面板。2.在constraint= 字段中，输入Constr。3.单击response =并选择Volfrac。4.选中upper bound旁边的框，然后输入0.3。5.单击create。6.单击return返回Optimization面板。3.5定义目标函数1.单击objective面板。2.验证是否选择了min。3.单击response=并选择Compl。4.单击create。5.单击return两次以退出Optimization面板。四、运行优化1.在Analysis页面中，单击OptiStruct。2.单击save as。3.在Save As对话框中，指定写入OptiStruct模型文件的位置，并在文件名中输入controlarm_opt。对于OptiStruct求解器模型，建议使用.fem扩展名。4.单击Save。input file字段显示在Save As对话框中指定的文件名和位置。5.将导出选项切换设置为all。6.将run options切换设置为optimization。7.将内存选项切换设置为memory default。8.单击OptiStruct运行优化。作业完成时，窗口中会显示以下消息：OPTIMIZATION HAS CONVERGED.FEASIBLE DESIGN (ALL CONSTRAINTS SATISFIED).如果存在错误消息，OptiStruct还会报告错误消息。可以在文本编辑器中打开文件controlarm_opt.out以查找有关任何错误的详细信息。此文件将写入与.fem文件相同的目录。 9.单击Close。写入run目录的默认文件包括：controlarm_opt.hgdata：包含目标函数数据、百分比约束冲突和每次迭代的约束的HyperGraph文件。controlarm_opt.hist：包含目标函数和最违反约束的迭代历程的OptiStruct迭代历程文件。可用于迭代历程的xy图。controlarm_opt.HM.comp.tcl：HyperMesh命令文件，用于根据元件的密度结果值将元件组织成元件。此文件仅用于OptiStruct拓扑优化运行。controlarm_opt.HM.ent.tcl：HyperMesh命令文件，用于根据Element的密度结果值将Element组织成实体集。此文件仅用于OptiStruct拓扑优化运行。controlarm_opt.html：HTML报告，给出问题表述的摘要和最终迭代的结果。controlarm_opt.mvw：HyperView超广角会话文件。controlarm_opt.oss：OSSmooth文件，默认密度阈值为0.3。您可以编辑文件中的参数以获得所需的结果。controlarm_opt.out：OptiStruct输出文件，包含有关文件设置、优化问题设置、运行所需RAM和磁盘空间量的估计值、所有优化迭代的信息以及计算时间信息。查看此文件，了解在处理controlarm_opt.fem文件时标记的警告和错误。controlarm_opt.res：HyperMesh二进制结果文件。controlarm_opt.sh：Shape文件进行最终迭代。它包含分析中每个单元的材料密度、空隙尺寸参数和空心方向角。此文件可用于重新启动运行。controlarm_opt.stat：包含有关用于完整运行的CPU时间的信息，以及用于读取输入模型、汇编、分析、收敛等的CPU时间的分解。controlarm_opt_des.h3d：包含优化结果的HyperView二进制结果文件。controlarm_opt_frame.html：HTML文件，用于通过Browser通过HyperView Player对.h3d进行后处理。它与_menu.html文件相关联。controlarm_opt_hist.mvw：包含目标、约束和设计变量的迭代历程。它可用于在HyperGraph、HyperView和MotionView中绘制曲线。controlarm_opt_menu.html：HTML文件，用于通过Browser通过HyperView Player对.h3d进行后处理。 controlarm_opt_s#.h3d：包含线性static分析的HyperView二进制结果文件，依此类推。五、查看结果对于所有迭代，单元密度结果将从OptiStruct输出到controlarm_opt_des.h3d文件。此外，默认情况下，第一次和最后一次迭代的每个SUBCASE的位移和应力结果将输出到controlarm_opt_s#.h3d文件中，其中# 指定SUBCASE ID。4 5 5.1查看单元密度的云图1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。2.在Results Browser中，选择最后一次迭代。3.在Results工具栏中，单击 以打开Contour面板。4.在Result type下，选择Element densitys （s）和Density。5.将Averaging method：设置为Simple。6.单击Apply。生成的云图表示由施加的载荷和边界条件产生的位移场。在此模型中，细化网格应提供更离散的解;但是，对于本教程，当前的网格和结果就足够了。5.2设置Iso密度图ISO表面特征是分析OptiStruct密度结果的后处理工具，对于具有实体设计区域的模型尤其有用。1.在Results Browser中，验证上次迭代是否仍处于选中状态。2.在Results工具栏中，单击 以打开ISO Value面板。3.将Result type：设置为Element Densities （s）。4.单击Apply。5.更改密度阈值。a)在Current value字段中，输入0.3。b)在Current value下，移动滑块。6.将Show values设置为Above。7.在Clipped geometry下，选择Features和Transparent。图2. 图3.单元密度的ISO图5.3查看位移和应力的云图1.在应用程序的顶部右侧，单击 以继续查看第3 页的Load Case1 的结果。2.在Animation工具栏上，将动画模式设置为 。3.在Results工具栏上，单击 以打开Contour面板。4.将Result type：设置为Displacements （v）。5.单击Apply。将显示Iteration0 的位移图。6.在Results Browser中，将迭代设置为最后一次迭代。 图4.最后一次迭代的位移图将显示最后一次迭代的位移图。应力结果也可用于相应的迭代。 图5.最后一次迭代时第一个Loadstep的位移云图7.同样，在第4 页上查看Load Case2 的结果。 图6.最后一次迭代时第二个Loadstep的位移云图 来源：TodayCAEer