优化设计之拓扑优化

拓扑优化（topology optimization）是一种根据给定的负载情况、约束条件和性能指标，在给定的区域内对材料分布进行优化的数学方法，是结构优化的一种。

结构优化设计也称轻量化设计，midas不仅支持拓扑优化，还支持尺寸优化

设计参数即为优化对象，比如板厚、梁的截面宽、长和厚等

拓扑优化是以材料分布为优化对象，通过拓扑优化，可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。

拓扑优化于20世纪60年代由Rozvany和Prager以布局优化设计的名义开始。在拓扑优化设计之前，涉及结构截面系数的尺寸优化和涉及外观修改的形状优化是主流。与这些技术相比，即使没有初始设计，也可以使用拓扑优化，并且在产品的设计阶段非常有用。让我们假设我们正在设计飞机起落架的横截面。在使用传统方法时, 要求的刚度是通过在矩形截面内适当减少钻孔的尺寸和数量来减少质量实现的。如果将拓扑优化应用于此问题，则可以直接在矩形中同时确定内部孔的数量和尺寸，还可以在很高程度上满足设计要求。福特汽车也采用拓扑优化设计底盘或部件加强件和胎圈，仪表板，底盘焊点和焊点数，悬挂装置和其他加固构件。

设计组

•参与拓扑优化的部件

非设计组

•施加荷载、边界条件的部件；有相互连接的部件；已经优化过，不需要再优化的部件。

•对于非设计组来说，几何密度始终为 1 。

•从优化中排除，不受制造条件影响。

形成方向

• 考虑产品制造的过程。

• 有两个类型：单向制造(材料单向移出)和双向制造(材料沿两个方向移出)

• 对于单向制造，从自动选择的模型的最低位置开始。

重复条件

• 有3个对称平面可以选择。

• 坐标系的原点在对称平面上。

设计约束

刚度最大和特征值最大

•刚度最大和特征值最大的约束条件是体积比。

•在分析之前，输入体积比例。

体积最小

•设计约束为应力、位移以及特征值。

•需要在分析控制里面输入约束条件。

【约束：应力】

•对于体最小优化，使用应力作为约束条件条件时，安全因子不能超过设置的值。

安全因子= 屈服强度(材料特性) / 分析得到的应力

•屈服应力必须要在材料特性里面输入

【约束：位移和特征值】