带拔模约束的控制臂拓扑优化-OS-T：2030

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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

3.1创建Topology Design variables

1.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。

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

快速学会一项分析-多体动力学中的刚性接触 OS-T：1940

在本教程中，您将如何使用HyperMesh创建模型接触。在机械/通用机械领域，接触约束非常常见。MotionSolve 使用基于罚函数的泊松接触力模型来计算接触力和摩擦力的大小及方向。曲线五边形正向回程凸轮系统用于定义接触。在这个系统中，曲线五边形通过在圆周内滚动，将滑块进行平移。图1.刚体模型来源：TodayCAEer