优化讲坛 | Solidthinking Inspire拓扑优化操作教程（一）：流程总述

本文摘要（由AI生成）：

SolidThinking Inspire是一款非常好用的拓扑优化软件，操作界面简洁，上手容易。本文以某机构铰链力臂为案例，对SolidThinking Inspire操作进行总体讲解。设计案例要求优化结构和传力路径，可以更高效地传递载荷和减轻结构重量。优化目标为限定材料体积，优化结构使其承受载荷最大；结构材料为材料属性见表1，材料用量不高于40mL；尺寸要求为图中结构为初始参考结构，要求优化后的结构保证安装接口、加载接口和图中明确的尺寸，避开不可设计区域，其余均可自由设计；加载试验要求参赛作品通过4个HB1-202 M6x14螺钉和4个HB1-521 6x10x0.8平垫与固定工装对接，悬臂通过Φ6通孔与加载工装穿销连接，加载方向竖直向下，直至结构破坏；空腔结构需预留排流出口，建议薄壁结构厚度不小于0.5mm，若采用点阵结构，建议连杆直径不小于1mm。

SolidThinking Inspire是一款非常好用的拓扑优化软件。操作界面非常简洁，上手很容易，即使对CAE领域不甚了解的使用者，也可以在半个小时内快速学会。

本期优化讲坛，我们以某机构铰链力臂为案例，对SolidThinking Inspire操作进行总体的讲解。在今后的优化讲坛中，我们将逐步介绍SolidThinking Inspire的各种功能和操作技巧。

设计案例的要求

某机构铰链力臂通过4个连接螺钉固定在基体上，悬臂受集中载荷，通过铰链力臂传力至基体结构，优化结构和传力路径，可以更高效的传递载荷和减轻结构重量。

优化目标：限定材料体积，优化结构使其承受载荷最大；

结构材料：材料属性见表1，材料用量不高于40mL；

尺寸要求：图中结构为初始参考结构，要求优化后的结构保证安装接口、加载接口和图中明确的尺寸，避开不可设计区域，其余均可自由设计；

加载试验：参赛作品通过4个HB1-202 M6x14螺钉和4个HB1-521 6x10x0.8平垫与固定工装对接，选手需保证作品可以和固定工装可靠连接。（接口不符合要求或连接不可靠的作品视为无效作品）。悬臂通过Φ6通孔与加载工装穿销连接，加载方向竖直向下，直至结构破坏；

空腔结构需预留排流出口，建议薄壁结构厚度不小于0.5mm，若采用点阵结构，建议连杆直径不小于1mm。

强烈建议对以上设计要求再读一遍。

设计师在设计一个结构之前，一定要对设计要求滚瓜烂熟、了然于胸。不然在漫长的设计过程中很容易忘了某些约束条件，等到最后才追悔莫及。

在正式讲解操作之前，首先了解一下软件界面。Inspire的界面非常简洁，而且图标提供的信息也足够清楚，很好理解图标对应的功能。

软件默认语言为英语，如果更习惯中文，也可以设置为中文语言。在file菜单中选择Preference，然后在language里面选择Chinese。

鼠标的操作如下。

大多数情况下，拓扑优化分为6个过程：建立模型、设置材料、设定工况、优化计算、几何重建、性能分析。

一、建立模型

Inspire提供了基本的建模功能，但是可以说比较鸡肋。如果读者会其他专业一点的CAD建模软件，建议使用其他软件建模，然后再导入Inspire。

本人用Catia建好了初始模型，然后通过“文件”工具导入Catia模型。Inspire可以直接导入大部分主流CAD文件。

然后选中要优化的零件，点击右键，勾选“设计空间”。设计空间就是在拓扑优化计算过程中可以任意去除材料的部分。

被选中为“设计空间”的零件，会呈现暗红色。

Tips：

1、“设计空间”要建的尽可能大；

2、载荷施加位置、约束位置不要设置为设计空间。

二、设置材料

Inspire里面有很多已经设置好的材料，但是很不幸本次优化任务的材料不在其中。因此要重新设置材料。

点击“材料”工具栏，弹出“零件和材料”菜单，在“我的材料”里输入相应的参数，并命名为“Plastic-SLA”。

选中要设置材料的零件，右击，在“材料”栏中选择刚刚设置的材料“Plastic-SLA”。

用同样的方法设置其他各个零部件的材料属性。

Tips：

1、一定要注意材料参数的单位；

2、如果计算过程不涉及热力学，不用设置“热膨胀系数”。

三、设定工况

本案例工况比较简单，只有一个向下拉伸的工况。

点击“载荷”工具栏中的“施加力”，然后选择要施加力的面，并输入大小和方向（此处2000N为预估值）。

点击“螺栓连接”工具栏，然后点击模型中的四个孔，软件自动在四个孔中设置螺栓连接。

点击“载荷”工具栏中的“施加约束”选项，选择底座的地面，设置为固定约束。

Tips：

1、选中的面呈现红色显示；

2、“载荷”工具栏中有“施加力”、“施加约束”、“施加压力”等选项，选中相应功能会高亮显示，注意区分。

四、优化计算

点击“优化”工具栏中的“运行优化”选项，设置类型为“拓扑”，其他设置参见下图，点击“运行”，软件开始计算。

经过一段时间计算后，软件完成拓扑优化计算。

点击“优化”工具栏中的“显示优化结果”选项，弹出“形状浏览器”，拖动滑块，可以显示不同体积分数的优化结果。

Tips：

1、“厚度约束”中，最小和最大约束设置在1:2-1:4之间能获得比较好的优化结果；

2、“厚度约束”对计算时间有非常大的影响，建议先用默认值计算一次，查看结果是否合理。

五、几何重建

Inspire几何重建功能在“PolyNURBS”工具栏中。

该功能和Solidthinking另一个软件Evolve有很多相似之处，但是和常见的结构建模软件有很大的不同，我们将在今后的优化讲坛中详细讲解。

Tips：

1、PolyNURBS工具建模并不精确；

2、优化结果也可以在常见CAD软件中几何重建。下图就是在Catia软件中重建的几何结构。

六、性能分析

Inspire提供了简单的性能分析功能，在“分析”工具栏。点击“运行分析”功能，就能直接生成分析结果。

点击“查看分析结果”功能，弹出分析浏览器，可以查看各种分析结果。

Tips：

1、Inspire分析的是第四步优化后的结果，而且并不精确；

2、如果要分析第五步几何重建后的结构，建议用专业的有限元分析软件。

到此，一个完整的拓扑优化设计流程就结束了。当然，Inspire还有很多其他功能和操作小技巧，在今后的优化讲坛中再为大家一一阐述。