Abaqus|三角架拓扑优化及其逆向建模

文章来源：wechat official account:仿真社，更多干活内容以及实现细节，请移步仿真社。

1.前言

前面几个有关拓扑优化的案例都只对结构进行了拓扑优化，而对其优化结果并没有进行几何重构。下面通过三角架案例来展现一个完整的优化过程。

2. 问题描述

图1为待优化的三角架样板，对其进行在固定两个圆孔（左边）以及在剩下的一个圆孔施加大小为200N的集中力下的拓扑优化以及逆向建模。目标为刚度最大，约束为体积减少为原来的50%。

图1 三角架模型

3. 拓扑优化

本节简要介绍拓扑优化的操作步骤设置以及优化结果。

3.1优化设置

图2展示了其三角架需要设计的区域，带有红色圆圈的部分不参与优化设计。在建立该模型时，为了方便施加集中力，模型沿着中面被切分成了两部分。

图2 设计区域

3.2  优化结果

图3-图4为优化前后的应力和位移对比图，由图可知，结构拓扑优化后，最大应力和位移大约是原来原来的两倍。从优化结果来看，拓扑优化主要是对刚度影响不大的区域进行删除，例如拓扑优化前的云图蓝色应力区域。

图3优化前后应力对比

图4 位移对比

3.3        平滑处理

在Tosca界面对上述拓扑结构的进行平滑处理，如图5所示，不难看出平滑后的结构更加光顺。但由于导出文件是非实体结构文件stl，需要对其进行实体转换。

图5 平滑结构

4.逆向建模

逆向建模的目的是对优化结果进行检验，而将Tosca结果文件stl转换为实体模型是最主要的一个步骤，有限元分析只能对实体模型才能进行模型修正以及后续力学分析。这里我通过使用Geomagic wrap 2017软件（一款逆向建模软件），进行实体就转换，主要用到的命令模块是精准曲面模块。这个模块可以对模型的边界自动进行探测，从而建立起了模型的几何轮廓。依次点击红色线框，即可完成实体模型模型的转换，其结果如图7，需要注意的是逆向模型与原模型不会完全一样。

图6 逆向建模过程

图7 逆向实体模型

5.结论

本案例对三角架进行了拓扑优化，并通过逆向软件对其拓扑结果进行了重建，从而可以对该模型进行有限元分析来验证其优化结果的合理性。