在拓扑优化中的应用模式组重复-OS-T：2050

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模式重复（Pattern Repetition）是OptiStruct中的一种制造约束，它在拓扑优化中非常重要，因为它可以确保设计在多个区域中保持一致的几何特征。这对于需要在多个位置复制相同或相似结构特征的零件尤其有用。

在飞机机翼支架的优化中，模式重复可以这样应用：假设机翼上有多组相同的支架结构，我们可以在OptiStruct中定义一个主区域（Master Region），该区域的优化结果将作为参考。然后，我们可以定义多个从区域（Slave Regions），这些区域在优化过程中将复制主区域的拓扑特征。通过这种方式，可以确保所有支架具有相同或类似的材料分布和结构特征，从而保证了机翼的整体性能和一致性。

模式重复的必要性在于：

1. 保证一致性：确保所有重复的部件在材料使用和力学性能上保持一致。

2. 提高效率：通过复制一个区域的优化结果，减少了对每个区域单独进行优化的计算成本。

3. 简化制造：重复的设计可以简化制造过程，因为可以使用相同或类似的工具和模具来制造多个部件，对于制造工艺也能减轻工艺仿真的工作量。

在本教程中，您将使用pattern repeat执行拓扑优化。

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-2050/no_repeat.zip

本教程中使用的模型是一个矩形板，其一个边上的力集中，另一个边上有两个约束。另外两个矩形板的缩放尺寸分别为原始板的0.6 和0.3，力和边界条件施加在不同方向上，以突出有和没有图案重复的拓扑结果之间的差异。

本教程的目标是最小化单个SUBCASE的柔度。设计空间的体积分数限制为0.3。设计空间是三个板块。

图1.

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、导入模型

1.点击File>Import>Solver Deck。

导入选项卡将添加到您的选项卡菜单中。

2.对于File type，选择OptiStruct。

3.选择文件图标。

此时将打开Select OptiStruct文件Browser。

4.选择保存到工作目录的no_repeat.fem文件。

5.单击Open。

6.单击Import，然后单击Close以关闭Import选项卡。

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PSHELL。

6.使用props选择器，选择first。

7.单击create。

8.更新设计变量的参数。

a)选择parameters子面板。

b)将minmemb off切换为mindim=，然后输入2.0。

c)单击update。

9.重复上述步骤，为第二个和第三个component创建标记为dv2 和dv3 的设计变量。

10.单击return。

3.2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total和no regionid。

d)单击create。

4.创建柔度响应。

a)在response=字段中，输入comp。

b)在响应类型下方，选择compliance。

c)将区域选择设置为total和no regionid。

d)单击create。

5.单击return返回Optimization面板。

3.3创建设计约束

1.单击dconstraints面板。

2.在constraint= 字段中，输入volfrac。

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。

3.4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comp。

4.使用loadsteps选择器，选择sub。

5.单击create。

6.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no_repeat_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no_repeat_opt.out文件，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。

五、查看结果，无需重复模式

在此步骤中，您将查看单元密度的Iso值图。

1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。

HyperView在HyperMesh Desktop中启动，并加载与no_repeat_opt_des.h3d文件链接的会话文件no_repeat_opt.mvw。

2.在Results工具栏上，单击以打开ISO面板。

3.在Result type下，选择Element Densities（s）。

4.在Animation工具栏上，单击以从Simulation列表中选择最后一个迭代。

5.单击Apply。

6.更改密度阈值。

a)在Current value字段中，输入0.4。

b)在Current value下，移动滑块。

7.将Show values设置为Above。

8.在Clipped geometry下，选择Features和Transparent。

将显示等值面图。密度大于0.4 的Element以颜色显示，其余Element为透明。

图2.

9.在Page Controls工具栏上，单击Delete Page图标以删除HyperView页面。

图3.

六、设置Pattern Repetition

在此步骤中，您将在HyperMesh中定义模式重复卡片。

1.选择节点。

a)在Tool页面中，单击numbers面板。

b)单击nodes>by id，然后在id=字段中输入1329、66、6、46、507、447、487、928、892、948。

使用逗号分隔值。

c)单击on。

d)单击return退出Numbers面板。

将显示所选节点的编号。

2.仅显示Component。

a)在菜单栏中，单击View>Browsers>HyperMesh>Mask以打开Mask Browser。

b)在Mask Browser的Isolate列中，单击1以仅显示Component。

图4.

3.在Analysis页面中，单击optimization面板。

4.单击topology面板。

5.选择pattern repetition子面板。

6.创建主DTPL卡。

a)双击desvar=并选择dv1。

b)将开关设置为main。

c)从system切换到coordinates。

d)使用第一个选择器，选择节点ID 6。

e)使用第二个选择器，选择节点ID 46。

f)使用第三个选择器，选择节点ID 1329。

g)使用锚点选择器，选择节点ID 66。

h)单击update。

7.创建辅助DTPL卡。

a)双击desvar=并选择dv2。

b)将开关设置为secondary。

c)将main= 设置为dv1。

d)对于sx=，输入0.6;对于sy=，输入0.6;对于sz=，输入1.0。

e)从system切换到coordinates。

f)使用第一个选择器，选择节点ID 447。

g)使用第二个选择器，选择节点ID 487。

h)使用第三个选择器，选择节点ID 1329。

i)使用基准点选择器，选择节点ID 507。

j)单击update。

8.创建辅助DTPL卡。

a)双击desvar=并选择dv3。

b)将开关设置为secondary。

c)将main= 设置为dv1。

d)对于sx=，输入0.3;对于sy=，输入0.3;对于sz=，输入1.0。

e)从system切换到coordinates。

f)使用第一个选择器，选择节点ID 892。

g)使用第二个选择器，选择节点ID 928。

h)使用第三个选择器，选择节点ID 1329。

i)使用基准点选择器，选择节点ID 948。

j)单击update。

9.单击return两次。

您已将ID为1（在第一个component上）的第一张DTPL卡确定为主卡，将ID2（第二个component）和ID 3（第三个component）的DTPL标识为辅助卡，它们取决于ID1 的DTPL。第二个分量在x轴和y轴上都缩放了0.6，而第三个分量在x轴和y轴上相对于第一个分量都缩放了0.3。

七、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repeat_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repeat_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。

八、查看pattern repeat的结果

在此步骤中，您将查看单元密度的Iso值图。

1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。

HyperView在HyperMesh Desktop中启动，并加载与repeat_opt_des.h3d文件链接的会话文件repeat_opt.mvw。

2.在Results工具栏上，单击以打开ISO值面板。

3.在Result type下，选择Element Densities（s）。

4.在Animation工具栏上，单击以从Simulation列表中选择最后一个迭代。

5.单击Apply。

6.更改密度阈值。

a）在Current value字段中，输入0.38。

b）在Current value下，移动滑块。

7.将Show values设置为Above。

8.在Clipped geometry下，选择Features和Transparent。

将显示等值面图。密度大于0.38 的Element以颜色显示，其余Element为透明。

图5.

9.在Page Controls工具栏上，单击Delete Page图标以删除HyperView页面。

图6

来源：TodayCAEer

快速学会一项分析-歧管热的流-固耦合分析-OS-T：1610

本教学案例旨在演示如何对具有共轭传热和结构变形的发动机排气歧管进行热流-固耦合分析。这个例子是具有共轭传热和结构变形的发动机排气歧管。结构为灰口铸铁，最初为300K。歧管外表面在300K时的对流传热系数为h=6W/m2K。歧管的四个入口保持在500K，空气作为流体的速度为5m/s。AcuSolve将热通量传递给OptiStruct。OptiStruct将温度传递给AcuSolve。注：本教程仅限于研究流体和热域。AcuSolveFluid模型（FSI_AS_MANIFOLD.inp）和OptiStructStructuralbeam模型（FSI_OS_MANIFOLD.fem）文件位于tfsi_models.zip文件中。请参阅访问模型文件。来源：TodayCAEer