拓扑优化设计中的工艺约束
产品设计之后再进行性能仿真分析？
在产品研发的初始阶段，设计者就应该进行CAE仿真，评估产品的传力路径和受力状态，提出产品概念设计方案，使产品满足应力、重量或刚度的要求。首先，定义产品的设计空间、设计目标、设计约束和加工制造参数等信息，根据这些信息进行拓扑优化设计。然后，求解出结构传力路径和最有效的材料分布，为结构设计师提供一个不仅符合设计目标，而且各项性能达到最优的设计思路。最后，设计师综合考虑不同目标函数下的最优拓扑结构以及实际加工制造的限制，设计出合乎要求的产品结构。在拓扑优化中，可用于优化的工况包括线性静态分析，惯量释放分析，模态分析，屈曲失稳分析，频响分析，瞬态分析，非线性分析等。一旦结构工况比较复杂，拓扑优化之后的结果可能令人抓狂，即使号称“无所不能制造”的3D打印，也无能为力。如果拓扑优化结果难以制造，或者制造成本高昂，那么就失去了工程应用的意义和价值。因此，在拓扑优化设计的过程中，必须考虑制造工艺的可行性，以及设计建模的便捷性，在计算过程中施加一定的工艺约束条件。尺寸约束是指控制拓扑优化后结构的尺寸大小，使优化结果更好的满足制造加工工艺和力学性能要求。尺寸约束包括最小尺寸控制和最大尺寸控制。
2对称约束
设计空间施加对称约束，至少可以减少一半的设计工作量。循环对称：循环对称将设计空间围绕某对称轴等分为指定数量的扇形区域，各扇形区域的优化结果一致。循环及平面对称：在周向循环对称的基础上，对每个扇区指定一个对称平面，从而保证每个扇区的优化结果同时是平面对称的。
3重复模式
重复模式是指允许相似的设计区域连接在一起以产生相似的拓扑布局。通过指定零件某一区域或多个区域的结构样式，和另一区域保持一致，或沿某方向进行比例缩放，从而得到相似的设计，减少工艺设计和制造加工的工作量。
4拔模约束
拔模约束是指考虑铸造工艺的拔模，或者机加工过程中刀具的进出，在某些方向上避免材料的阻挡。
拔模约束可以施加单向拔模和沿给定方向分模两种方式。
如果型材采用挤压制造，拓扑优化应该考虑挤压方向约束。挤压方向约束是指通过指定挤压方向，使材料沿挤压方向的横截面保持一致。挤压路径可以是曲线的，甚至是扭转的。通过指定一系列的点来定义挤压的路径。通过灵活设定设计空间和非设计空间，应用上述制造工艺约束，或者多种工艺约束的组合，设计者可以充分考虑产品实际加工过程的各种约束，从而使得优化结果既满足机械性能要求，又便于制造。拓扑优化方法才能真正集成应用到产品开发过程中。
声明：来源于增材制造创新设计
