基于optistruct的钢轨的屈曲优化

4小时前浏览5

当某种载荷组合导致结构不稳定并发生挠曲时，结构被称为弯曲。当达到特定载荷时，结构继续偏转，而不会增加载荷的大小。发生Buckling的临界载荷是临界Buckling系数和施加的参考载荷的乘积。Buckling系数是一个特征值，没有量纲。一般来说，工程师通常最感兴趣的是最低的Buckling载荷，因为结构在达到更高的Buckling载荷之前就会失效。

在本教程中，您将对结构导轨执行尺寸和形状优化，以增加Buckling系数，从而增加它在Buckling前可以承受的载荷。轨道的一端施加了外力，另一端在所有dof上都受到约束。通过执行Buckling优化，可以增加Buckling系数，从而增加临界Buckling力。

使用OptiStruct求解线性Buckling问题时，对结构施加参考载荷，并根据线性static和模式分析计算Buckling系数。还可以使用OptiStruct对结构执行尺寸和/或形状优化，以优化线性Buckling。在优化过程中，结构的屈服和力的变化都不会发生。

需要进行Buckling优化以最小化多个单元之间的最大von Mises应力。这是使用minimized maximum problem （最小化最大问题）设置完成的。使用MINMAX或MAXMIN语句定义minimize maximum或maximize minimum问题的目标函数。

很多时候，您需要最小化或最大化多个响应;例如，最小化多个单元之间的最大von Mises应力。在这种情况下，使用用户定义的方程式来最小化最大von Mises应力将无法达到预期的结果。减小一个单元中的最大应力通常会导致另一个单元上的应力增加。

本教程介绍了使用gauge面板定义线性Buckling和尺寸优化所涉及的步骤。形状和大小优化都将应用于此结构优化。形状优化已使用HyperMorph在此模型中预定义，因此您无需设置形状和形状设计变量。尺寸优化是练习的一部分。为应力设计目标提供参考值，并将问题表述为minmax优化问题。由此产生的结构更厚、更宽，以防止Buckling。

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-5030/os_buckle_original.zip

图1.结构钢轨的Buckling优化

此问题将对结构钢轨执行尺寸和形状优化，以防止钢轨结构Buckling。

Objective：最小化最大von Mises应力。

Constraints：第一Buckling系数增加到30以上，可设计区域的区域体积小于800000。

Design variables：Element厚度和形状扰动。

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os_buckle_original.hm文件。

3.单击Open。

os_buckle_original.hm数据库被加载到当前的HyperMesh会话中，替换任何现有数据。

三、设置优化

3.1查看形状更改的设计变量和动画

在此模型中，形状优化已经使用HyperMorph预定义。您将查看先前定义的形状更改的设计变量和动画。

1.在菜单栏中，单击View>Browsers>HyperMesh>Utility。

2.在Utility选项卡中，单击Opti。

3.在Optimization Info下，单击Design Variables。

4.在Size和Shape Design Variables对话框中，查看预定义的v1 和v2 设计变量，然后单击Close。

预定义设计变量v1 和v2 的初始值为0.0，下限为-2.0，上限为2.0。

图2.

5.在Analysis页面中，单击optimization面板。

6.单击shape面板。

7.选择desvar子面板。

8.单击animate。

9.为形状SHAPE - v1 （1）添加动画效果。

a)单击simulation =并选择SHAPE - v1 （1）。

b)设置data Type =并选择Perturbation Vector。

c)单击linear。

d)查看第一个形状的动画。

10.为形状SHAPE - v2 （2）制作动画。

11.单击return三次以返回Optimization面板。

3.2定义Size Optimization Design variables

形状优化设置在os_buckle_original.hm中预定义。因此，您只需为这个Buckling优化问题定义尺寸设计变量。

1.在Analysis页面中，单击optimization面板。

2.单击gauge面板。

3.选择create子面板。

4.将所有props将type：设置为PSHELL-T和same desvar。

5.在desvar= 字段中，输入shells。

6.使用props选择器，选择dom和shell_elements。

7.在initial value = 字段中，输入6.0。

8.将下限% = 切换为lower bound =，然后输入3.0。

9.将上限% 切换为upper bound =，然后输入9.0。

10.单击create。

11.单击return两次返回主菜单。

3.3Create Buckling Load Step输入

在此步骤中，您将创建一个load step inputs以执行实际特征值分析（Buckling分析）。

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Step Inputs。

2.对于Name ，输入Buckling。

3.对于Config type ，从下拉列表中选择Real Eigen value extraction。

4.对于Type，从下拉列表中选择EIGRL。

5.对于V1，输入0.01。

6.对于V2，输入100.0。

OptiStruct将搜索小于100 的三个最低特征值。

7.对于ND，输入20。

3.4创建Buckling Optimization Load Step

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Step。

2.对于Name ，输入Buckling。

3.单击Color并从调色板中选择一种颜色。

4.将分析类型设置为Linear Buckling。

5.定义STATSUB。

a)对于STATSUB，单击Unspecified>Loadcol。

b)在Select Loadcol对话框中，选择LINEAR，然后单击OK。

6.定义METHOD（STRUCT）。

a)对于METHOD（STRUCT），单击Unspecified>Load step inputs。

b)在Select Load Step Inputs对话框中，选择buckling，然后单击OK。

3.5创建优化响应

1.在Analysis页面中，单击optimization。

2.单击Responses。

3.创建体积响应，它定义设计空间的体积分数。

a)在responses= 字段中，输入Vol。

b)在响应类型下方，选择volume。

c)将区域选择设置为by entity和no regionid。

d)使用props选择器，选择dom。

e)单击create。

4.创建static应力响应。

a)在response= 字段中，输入Von。

b)将响应类型设置为static stress。

c)使用props选择器，选择dom Stress。

d)将响应选择器设置为von mises。

e)在von mises下，选择both surfaces。

f)单击create。

5.创建Buckling响应。

a)在response= 字段中，输入buckle。

b)将response type：设置为buckling。

c)在Mode Number字段中，输入1。

d)单击create。

将创建优化响应Buckling，这是结构计算的最低Buckling modes。

6.单击return返回Optimization面板。

3.6定义约束

1.在优化面板中，单击dconstraints面板。

2.创建约束BUCKLE。

a)在constraint= 字段中，输入BUCKLE。

b)选中lower bound旁边的框，然后输入30。

c)单击response=并选择Buckle。

d)使用loadsteps选择器，选择Buckling。

e)单击create。

3.创建约束Vol。

a)在constraint= 字段中，输入VOL。

b)取消选中lower bound旁边的框。

c)选中upper bound旁边的框，然后输入800000。

d)单击response=并选择Vol。

e)单击create。

4.单击return返回Optimization面板。

3.7定义目标函数

1.创建目标参考。

a)单击obj reference面板。

b)在dobjref= 字段中，输入MAX_STRESS。

c)单击response=并选择Von。

d)选择pos reference=。

默认情况下，将分配值1.0。

e)将切换开关从all切换到loadsteps，然后使用loadsteps选择器选择LINEAR。

f)单击create。

g)单击return返回Optimization面板。

2.定义目标。

a)单击objective面板。

b)选择minmax。

c)使用dobjrefs= 选择器，选择MAX_STRESS。

d)单击create。

e)单击return返回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os_buckle_optimization。

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os_buckle_optimization.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。

五、查看结果

5.1查看动画

1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。

HyperView在HyperMesh Desktop中启动并加载结果文件。

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3.

3.在Results Browser中，选择Iteration 3。

图4.

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）和Mag。

6.单击Apply。

7.为结果添加动画效果。

a)在Animation工具栏上，单击以启动动画。

b)在动画运行的情况下，使用滑块调整动画的速度。

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

c)单击搜索滑块旁边的Animation Controls图标，然后激活Bounce选项以查看影响的来回动画。

d)停止动画并使用Current time：滑块手动控制动画。

图5.

图6.

5.2查看应力

1.在应用程序的顶部右侧，单击以进入下一页（第3 页，共4 页），其中包含线性分析结果。

2.在Results工具栏上，单击以打开Contour面板。

3.将Result type设置为Element Stresses （2D&3D）（t）和vonMises。

4.在Results Browser中，选择最终迭代（Iteration 3）。

5.单击Apply。

应显示最终形状上的应力图。

图7.

5.3查看Buckling modes

1.在应用程序的顶部右侧，单击以进入下一页（第4 页，共4 页），其中包含Buckling结果。

2.在Results工具栏上，单击以打开Deformed面板。

3.设置变形形状参数。

这将改善动画的可视化效果。

a)将Result type设置为Buckling mode（v）。

b)将Scale设置为Model units。

c)将Type设置为Uniform。

d)对于Value ，输入10。

e)将Resolved in设置为Global System （proj： none）。

4.为模型制作动画。

a)在Animation工具栏上，将动画模式设置为Modal。

b)在Animation工具栏上，单击以启动动画。

c)在动画运行的情况下，使用速度滑块调整动画。

增加比例以更好地查看Buckling modes形状。

d)激活Bounce选项以查看影响的动画。

e)也可以使用时间滑动手动控制动画，以手动控制动画。

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：2025-04-25

最近编辑：4小时前

TodayCAEer

本科签名征集中

获赞 25粉丝 92文章 331课程 1

作者推荐

可试听

ANSA的网格划分与模型装配

¥100

还没有评论