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L型悬臂梁形状优化

TodayCAEer

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在前文的讨论中，我们已经详细阐述了悬臂梁的形状优化技术。现在，让我们将焦点转向L型悬臂梁的形状优化。尽管两者在基本原理上有着相似之处，但也略有不同。

首先，L型悬臂梁相较于传统的悬臂梁，其结构更为复杂。这种复杂性主要源于其额外的分支，这不仅增加了设计的自由度，同时也引入了更多的变量和约束条件。但是基于optistruct优化而言，您只需要多创建一个shape即可。

在本教程中，您将对使用壳单元建模的L形截面悬臂梁执行形状优化。

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-5010/Lbeamshape.zip

在原理图中，N点的垂直偏转应限制在2.0mm以内，同时最大限度地减少所需的材料量。

图1.悬臂式L型梁示意图

本教程的优化问题表述为：

Objective：最小化质量。

Constraints：给定的最大节点位移< 2 mm。

Designvariables：每个梁翼缘的shape。

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Lbeamshape.hm文件。

3.单击Open。

Lbeamshape.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使用HyperMorph创建shape

1.在Analysis页面中，单击optimization面板。

2.单击HyperMorph面板。

3.创建域和句柄。

a)单击domains面板。

b)选择create子面板。

c)将开关设置为auto functions。

d)单击generate。

e)单击return返回到HyperMorph面板。

创建了许多域和手柄，这将使我们能够变形梁的shape。

有两种类型的手柄;全局手柄，由较大的红球表示，局部手柄由较小的黄球表示。本教程中仅提供局部手柄。

4.移动手柄。

a)单击morph面板。

b)选择move handles子面板。

c)从交互式切换到translate。

d)使用手柄子面板，选择位于应用载荷的节点处的局部手柄。

Note：局部手柄由一个黄色球表示。

e)在y val= 字段中，输入-10.0。

f)单击morph。

光束会改变shape，以便您选择的手柄沿y方向移动-10.0。请注意网格如何适应shape的这种变化。

5.保存shape。

a)选择save shape子面板。

b)在name= 字段中，输入shape1。

c)单击color并为shape选择一种颜色。

d)在shape= 下，选择as node perturbations。

e)单击save。

f)单击Yes到有关扰动的消息。

图2.

6.此shape将另存为shape1。稍后，您可以将其与设计变量相关联。

7.单击undo all。

模型将返回到其原始shape。

8. 对局部手柄3、4 和5 重复步骤4 和5。

a)将手柄3 和4 平移x=-10，将手柄5 平移y=-10。

b)将每个手柄变形后的shape分别保存为shape2、shape3 和shape4。

图3.要变形的手柄

9.单击return两次以转到Optimization面板。

3.2创建Shape Optimization设计变量

1.单击shape面板。

2.选择desvar子面板。

3.将开关从单个desvar切换到multiple desvars。

4.使用shape选择器，选择shape1、shape2、shape3和shape4。

5.单击create。

6.单击return转到优化面板。

使用之前保存的shape创建四个shape设计变量。

L型梁垂直翼缘shape的潜在变化，可以使用所述设置实现。

图4.

3.3创建优化响应

1.在Analysis页面中，单击optimization。

2.单击Responses。

3.创建质量响应，该响应是为模型的总体积定义的。

a)在responses= 字段中，输入Mass。

b)在响应类型下方，选择mass。

c)将regional selection设置为total和no regionid。

d)单击create。

4.创建displacement响应。

a)在response= 字段中，输入Disp。

b)在响应类型下方，选择static displacement。

c)使用nodes选择器，选择响应节点。

d)将置换类型设置为dof2。

dof1、dof2、dof3：在X、Y和Z方向上平移。

dof4、dof 5、dof 6：绕X、Y和Z轴旋转。

total disp：x、y和z方向的平移位移的合力。

total Rotate：x、y和z方向的旋转位移的结果。

e)单击create。

图5.

5.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mass。

4.单击create。

5.单击return两次以退出Optimization面板。

3.5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Disp。

4.选中lower bound旁边的框，然后输入-2.0。

5.使用loadsteps选择器，选择load。

6.单击create。

7.单击return返回Optimization面板。

四、保存数据库

1.在菜单栏中，单击File>Save As>Model。

2.在Save As对话框中，输入lbeamshape_opt.hm作为文件名，并将其保存到您的工作目录中。

五、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lbeamshape_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lbeamshape_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。

六、查看结果

6.1查看变形的结构

查看模型的变形shape以确定边界条件是否正确定义以及检查模型是否按预期变形是很有帮助的。在本节中，使用Deformed面板查看上次设计迭代的变形shape和比例因子，并叠加未变形的shape。

1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。

HyperView在HyperMesh Desktop中启动，并加载.h3d文件，这些文件在第2 页包含优化结果，在第3 页包含分析结果。

2.在应用程序的顶部右侧，使用导航按钮导航到Design History（第2 页）。

图6.

3.在Results Browser中，选择最后一次迭代（iteration 6）。

图7.

4.在Results工具栏上，单击以打开Contour面板。

5.将Result type：设置为Shape change （v）。

6.单击Apply。

现在可以看到Iteration # 的最终shape。

6.2查看shape云图更改的瞬态动画

1.在Animation工具栏上，单击以启动动画。

Seek滑块和playback speed滑块（分别为顶部和底部）位于播放控件旁边。

图8.

2.移动速度滑块以调整动画速度。

3.查看动画后，单击以停止动画。

4.将Current time：移回0。

6.3绘制位移云图

1.在应用程序的右上角，单击以转到第3 页，其中包含分析结果。

2.在Results工具栏上，单击以打开Contour面板。

3.将Result type：设置为Displacement （v）和Y（Displacement的Y分量，这是被约束的）。

4.在Results Browser中，选择最后一次迭代（iteration 6）。

图9.

5.单击Apply。

此时将显示最终shape上的位移图。最后一次迭代# 的最大位移仍低于2.0。

来源：TodayCAEer

著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载

首次发布时间：2025-04-15

最近编辑：11小时前

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