使用optistruct进行复合材料OHT模型搭建Phase 1
复合材料在各种结构的应用中已变得流行。对创新设计的需求带来了巨大的挑战。在对复合材料结构进行力学性能分析时，研究开孔拉伸的情况是很常见的。当结构中有开孔存在时，在拉伸载荷作用下，孔边的应力分布会变得复杂，容易出现应力集中现象。复合材料开孔测试（openholetesting），也称为缺口测试，有助于复合材料设计师了解小夹杂物或损伤如何影响其材料的强度特性。通过CAE分析可以模拟这种开孔拉伸的工况，预测结构在这种情况下的强度、变形等性能，帮助工程师进行合理的结构设计。在本教程中，您将使用OptiStruct对开孔拉伸试样执行优化驱动的设计方法。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-3400/oht_analysis.zip该设计采用三个阶段的方法：Phase1：综合参考设计（自由尺寸优化）概念设计综合自由尺寸优化确定每个铺层方向的最佳铺层形状和贴片位置。Phase2：设计微调（尺寸优化）设计微调尺寸优化确定每个铺层的最佳厚度。Phase3：层堆叠顺序优化铺层堆叠顺序优化获得最优堆叠顺序。该过程扩展了三种重要且先进的优化技术;自由尺寸优化、尺寸优化和层堆叠顺序优化。通过将这三种技术串联在一起，OptiStruct为复合材料Laminate的设计和优化提供了一个独特而全面的流程。该流程通过从前一个设计阶段自动生成后续阶段的输入数据，实现自动化并集成到AltairSimulation中。结合这些步骤，将利用初始和最终分析来确定设计部件的基础和最终性能。Model定义本教程中介绍的复合材料设计优化方法旨在解决非常复杂的复合材料设计优化问题。该方法将自身无法解决的复杂复合材料设计优化问题分解为几个更简单的复合材料设计优化问题，这些问题本身可以解决。每个更简单的复合材料设计优化问题的累积解都为复杂设计优化问题提供了解。这种将复杂问题分解为几个简单问题的过程与工程方法一致。图1.模型概述·模型设置和基础分析以下一组步骤完成了初始模型的分析设置，并提供了基础分析，以便与最终优化的结构进行比较。·第1阶段：参考设计综合（自由尺寸优化）在此阶段，在概念设计阶段定义优化设置，以确定给定材料部分的最大刚度设计。·第2阶段：设计微调（尺寸优化）在第二个设计阶段，执行尺寸优化，以微调第1阶段优化后的铺层的厚度。·第3阶段：层堆叠顺序优化该算法旨在提供最佳堆叠顺序的全局视图。层堆叠序列优化的输入模型oht_opti_ph2_shuffling.*.fem是从以前的设计阶段生成的。·执行最终优化后分析模型设置和基础分析以下一组步骤完成了初始模型的分析设置，并提供了基础分析，以便与最终优化的结构进行比较。一、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件1.启动HyperMesh。此时将打开UserProfile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oht_analysis.hm文件。3.单击Open。oht_analysis.hm数据库被加载到当前的HyperMesh会话中，替换任何现有数据。三、设置模型3.1创建碳环氧树脂Material1.在ModelBrowser中，右键单击并选择Create>Material。默认Material显示在EntityEditor中。2.对于Name，输入carbonepxy。3.将CardImage设置为MAT8。4.输入如图1所示的值。图1.3.2CreateElementSet1.在ModelBrowser中，右键单击并从上下文菜单中选择Create>Set。默认集显示在EntityEditor中。2.对于Name，输入ply_shape。3.将CardImage设置为SET_ELEM。4.对于EntityID，单击0Elements>Elements。5.使用elems选择器，选择模型中的所有Element。6.单击proceed继续。3.3创建基本层1.在ModelBrowser中，右键单击并从上下文菜单中选择Create>Ply。此时将打开CreatePly对话框。2.创建名为ply1的ply。a)对于Name，输入ply1。b)将Materialtype设置为ORTHOTROPIC。c)将Material设置为carbonepxy。d)对于Thickness，输入0.1。e)对于Orientation，输入0.0。f)将Shape选择器设置为Set，然后使用Sets选择器选择ply_shape集。g)选择Outputresults。h)单击Create。图2.3.创建名为ply2且方向为90的层。4.创建名为ply3且方向为45的层。5.创建名为ply4且方向为-45的层。6.单击Close退出对话框。3.4创建Laminate1.在ModelBrowser中，右键单击并从上下文菜单中选择Create>Laminate。此时将打开CreateLaminate对话框。2.对于Name，输入laminate。3.将Cardimage设置为STACK。4.将Laminate选项设置为Smear。5.在Definelaminate部分中，为第一行选择ply1，每个连续层位于连续行上。将所有其他参数设置为默认值。6.单击Create创建Laminate。7.单击Close退出对话框。图3.3.5创建和分配属性1.创建属性laminate_property.a)在ModelBrowser中，右键单击并从上下文菜单中选择Create>Property。默认属性显示在EntityEditor中。b)对于Name，输入laminate_property。c)将CardImage设置为PCOMPP。2.将Element分配给属性laminate_property。a)在ModelBrowser的Properties文件夹中，右键单击laminate_property，然后从上下文菜单中选择Assign。b)在面板区域中，使用elems选择器选择模型中的所有Element。c)单击proceed。3.6查看模型1.在Visualization工具栏上，单击以将Element可视化模式设置为2DDetailedElementRepresentation。这会将模型中的所有壳体加厚至其总厚度，并将它们显示为其厚度的3维表示。2.单击可将图层模式设置为CompositeLayers。这会将视图分成单独的层。3.将Element颜色模式设置为ByProp。这将帮助您确定哪些层是layup中的哪些层。模型中的每个层都根据其层的颜色进行颜色编码，如ModelBrowser中所示。如果模型中的所有层颜色相同，请在ModelBrowser中更改层颜色，使每个层的颜色都不同，以帮助区分模型视窗中的层。图4.3.7创建输出请求1.在Analysis页面中，单击controlcards面板。此时将打开CardImage对话框。2.编辑GLOBAL_OUTPUT_REQUEST卡。a)单击GLOBAL_OUTPUT_REQUEST。b)选择CSTRAIN。c)将EXTRA（1）设置为MECH。d)将OPTION（1）设置为ALL。e)选择DISPLACEMENT。f)将OPTION（1）设置为ALL。g)选择STRESS。h)将OPTION（1）设置为NO。i)单击return。这要求NOhomogenstressbeoutput。此控制卡输出必须显式添加为请求，因为默认情况下会输出同次应力。如果将其关闭，求解器将不会计算输出的值。3.编辑OUTPUT卡。a)单击OUTPUT。b)在number_of_outputs=字段中，输入2。c)对于第一个OUTPUT，将KEYWORD设置为HTML，并将OPTION设置为NO。这将关闭具有此关键字组合的所有分析和优化的HTML输出。d)对于第二个OUTPUT，将KEYWORD设置为H3D，并将FREQ设置为FL。此请求在第一次（F）和最后一次（L）迭代时输出OptiStruct的.h3d输出文件。对于分析，这无关紧要，但对于优化，当您开始优化运行时，它适用。4.单击return两次以返回到Analysis页面。四、提交作业1.在Analysis页面中，单击OptiStruct面板。图5.访问OptiStruct面板2.单击saveas。3.在SaveAs对话框中，指定写入OptiStruct模型文件的位置，并在文件名中输入oht_analysis。对于OptiStruct输入组，建议使用.fem扩展名。4.单击Save。inputfile字段显示在SaveAs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runoptions切换设置为analysis。7.将内存选项切换设置为memorydefault。8.单击OptiStruct启动OptiStruct作业。如果作业成功，则新的结果文件应位于写入oht_analysis.fem的目录中。oht_analysis.out文件是查找错误消息的好地方，如果存在任何错误，这些消息可以帮助调试输入模型。五、查看结果1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。HyperView将启动并加载结果。此时将显示一个消息窗口，告知模型和结果文件已成功加载到HyperView中。2.在Results工具栏上，单击以打开Contour面板。3.将Resulttype设置为CompositesStrains（Mech）（s）。4.将子类型设置为NormalXStrain。5.要查看任何一个层的单个应变贡献，请在Layers下拉列表中选择适当的层名称。6.单击Apply。图6.六、停用复合可视化增强功能1.在PageControls工具栏上，单击以关闭HyperView会话并返回到HyperMesh客户端。2.在Visualization工具栏上，更改可视化设置。a)将Element可视化模式设置为2DTraditionalElementRepresentation。b)将图层模式设置为LayersOff。c)将Element颜色模式设置为ByComp。来源：TodayCAEer
