结构拓扑优化工业软件TopStruct:(2)刚度拓扑优化
1.简介
1.简介
刚度拓扑优化是在优化过程中，将单元的材料密度作为设计变量，以最小化柔度作为目标，需要满足体积分数的约束条件。本软件在处理刚度拓扑优化问题时，采用最优准则法进行迭代求解。
2.案例分析
2.案例分析
悬臂梁结构的长:宽:高为12:4:1，结构材料的弹性模量E=210000 Mpa，泊松比0.3。梁左端全约束，右下角节点处受Y方向的1000N集中力载荷作用。以下是利用自主开发的TopStruct软件和OptiStruct软件对悬臂梁结构进行拓扑优化的结果对比。
图 1 悬臂梁结构模型
图 2 悬臂梁结构有限元模型
表 1 悬臂梁拓扑优化任务参数设置
图 3 TopStruct软件密度云图
图 4 OptiStruct软件密度云图
图 5 TopStruct软件密度等值面图
图 6 OptiStruct软件密度等值面图
图 7 TopStruct软件目标函数迭代曲线
图 8 OptiStruct软件目标函数迭代曲线
图 9 悬臂梁结构表面光滑处理结果
3.案例分析
3.案例分析
圆环结构的外直径为180mm，内直径为40mm，厚度为40mm，红色用于模拟圆环与皮带和轴承接触区域，绿色部分为拓扑优化设计域，非设计域的单元不参加拓扑优化的迭代。结构材料的弹性模量E=210000Mpa，泊松比0.3，外表面受到四个100N的集中力作用。以下是利用自主开发的TopStruct软件和OptiStruct软件对带轮结构进行拓扑优化的结果对比：
图 10 带轮结构模型
图 11 带轮结构的有限元模型
表 3 圆环结构拓扑优化任务参数设置
表 4 带轮结构拓扑优化求解结果
图 12 TopStruct软件密度云图
图 14 TopStruct软件密度等值面图
图 15 OptiStruct软件密度等值面图
图 16 TopStruct软件目标函数迭代曲线
图 17 OptiStruct软件目标函数迭代曲线
图 18 带轮结构表面光滑处理结果
