Optistruct拓扑优化要点
Optistruct拓扑分析使用的是密度法，即SIMP方法（SolidIsotropic Material with Penalization）。将单元的“单元密度Density”作为设计变量。该单元密度同结构的材料参数有关（单元密度是和材料弹性模量E之间具有某种函数关系），0~1之间连续取值，优化求解后单元密度为1（或接近1）表示该单元位置处的材料很重要，需要保留；单元密度为0（或接近0）表示该单元处的材料不重要，可以去除，从而达到材料的高效利用，实现轻量化设计。
一些常见设置:
ESMAX：最大迭代次数
MINDIM：最小成员尺寸
MATINIT：初始材料质量分数
MINDENS：最小单元密度
DISCRETE：离散参数
CHECKER：控制棋盘格现象（0默认，1消除）
MMCHECK：效果与CHECKER类似
OBJTOL：目标函数相对收敛条件
DELSIZ：尺寸优化的move limit初值
DELSHP：形貌和形状优化的move limit初值
DELTOP：拓扑和自由尺寸优化的move limit初值
GBUCK：全局屈曲约束
MAXBUCK：优化中需要考虑的屈曲因子阶数DISCRT1D：1D单元的离散参数
DVOPT：离散变量选项，1离散优化；2先连续在离散；3连续优化
TMINPLY：最小层厚
ESLMAX：最大的外层循环次数
ESLSOPT：时间步扫描策略
ESLSTOL：时间步扫描容差
SHAPEOPT：形状优化算法
Optistruct制造约束：
Optistruct可以考虑的制造约束包括：
1.棋盘格现象控制
2.最小成员尺寸
3.最大成员尺寸
4.拔模约束
5.挤压约束
6.模式组（对称形式）
7.模式重复
制造约束可以做任意组合
1.棋盘格现象
是指在计算区域中出现材料密度为1和0的单元呈现周期性分布的现象。棋盘格的出现导致优化结果的不清晰，不利于结果解析。通过CHECKER参数可以实现对棋盘格现象的控制。
2.最小成员尺寸
指优化结果中单元密度为1的区域允许最小尺寸。可以消除优化结果中细小的传力路径，保证结构最小尺度大于最小成员尺寸，得到比较均匀的材料分布。一般最小成员尺寸要大于3倍的单元平均尺寸，小于12倍单元平均尺寸。
3.最大成员尺寸
指优化结果中单元密度为1的区域的各向尺度不能大于该尺寸。因此，可以消除材料堆积。一般最大成员尺寸要大于2倍最小成员尺寸，大于6倍的单元平均尺寸。
4.拔模约束
对于铸造件或机加工件，必须考虑加工制造过程中的拔模或刀具的进出，因此需要在拔模方向或刀具进出的方向上不能有材料阻挡。
拔模约束结合最小成员尺寸约束可以用来优化加强筋的布置
当设置了拔模约束后，会多出两个设置选项：
1.STAMP（仅单向拔模）：强制生成3D壳结构
·厚度通过TSTAMP设置
·建议设置最小厚度为3倍平均单元尺寸
2.NOHOLE：强制拔模方向上没有孔生成
可以通过结合STAMP和NOHOLE来生成连续/延伸的壳结构
5.挤压约束
通过指定挤压方向，使材料在挤压方向的横截面保持一致，从而保证优化的结果可以采用型材制造。
6.模式组
实际上就是各种对称模式的约束。包括1平面对称、2平面对称、3平面对称、周向循环对称、周向循环及1平面对称。
7.模式重复
通过指定某一区域或多个区域的结构样式和另一区域保持一致，或某个方向进行比例缩放，从而减少工艺设计和制造加工的工作量。
关于应力约束：
Optistruct有两种定义应力约束的方法：
1.直接通过DTPL设置
2.通过使用DRESP1和DCONSTR设置
全局应力约束只是整个应力水平控制（自动加入人工过滤），因此局部应力水平可能会超过应力约束，需要后续继续通过形状/尺寸优化解决。常用的优化方法：约束应力（可以结合位移约束或频率），最小化体积/质量。不推荐使用应力约束加体积分数，最小化柔度的策略。
常见的拓扑优化策略:
★约束（全局/部分）体积/质量分数，最小化（加权/全局/部分）柔度
☆约束位移，最小化（全局/部分）体积/质量分数
★约束（加权/全局/部分）体积/质量分数，最大化（加权）频率
☆约束频率，最小化（加权/全局/部分）体积/质量分数
★约束（加权/全局/部分）体积/质量分数，最小化组合柔度和频率
☆约束应力，最小化（加权/全局/部分）体积/质量分数
常见的一些问题：
1.如果有质量/体积约束，可以在拓扑优化过程中使用全局应力约束吗？
建议不要在使用质量/体积约束时使用全局应力约束。质量/体积约束可能不允许满足应力约束。
2.为什么在使用全局应力约束时进行拓扑优化后，模型中存在违反应力约束的区域？
拓扑优化中的应力约束定义是全局约束，并不针对局部应力集中。随后可以通过尺寸、形状和自由形状或其他组合来解决这些区域的应力问题。在应力约束的拓扑优化过程中人工滤除了应力集中。包括刚性连接周围的区域，或如拐角等几何特征引起的应力集中。
3.为什么具有全局应力约束的拓扑优化并不总是能产生有意义的结果？
在设计和非设计空间之间响应值存在较大差异的模型中，应力约束可能无法很好地发挥作用。在这些情况下，建议改变优化策略，例如，基于柔度继续优化
4.在为具有四个安装位置的部件进行拓扑优化后，某个安装位置处没有了传力路径，这意味着什么？
对于一些特殊的非设计部分（如安装位置）最优化的传力路径可能不需要在该位置有传力路径。如果为了保证与相邻部件有连接，则应该保证有载荷传递。载荷将确保该区域不会与设计空间断开连接。
5.拓扑优化的网格大小是否有要求？
用于拓扑优化的密度方法是网格相关的。它还可能会导致棋盘格现象题（密度值在单元之间快速变化）。具有二阶单元的模型不会有这一现象，并且使用最小成员尺寸约束可以帮助解决这个问题。
6.体积分数响应和体积响应有什么区别？
体积分数响应是可设计材料体积的材料分数。体积响应是总体积，包括设计和非设计体积。
7.最小化质量是否与最小化体积相同？
只要模型中所有材料的密度相同，则两个方程是一致的。如果设计空间和非设计空间具有不同的密度，则对于最小化质量和最小化体积的优化结果可能是不同的。在设计质量和非设计质量几乎相同的情况下，但设计体积远小于非设计体积（Vdesign<< Vnon-design），最小化质量将产生更好的结果。另一方面，当设计体积和非设计体积几乎相同时，但设计质量远小于非设计质量（rdesign<< rnon-design），最小化体积将产生更好的结果。
8.定义设计体积约束和最小化设计体积之间的区别是什么？
在第一种方法中，可以告诉OptiStruct仅使用可设计体积的某一部分（即约束体积）。OptiStruct将重新分配和重新定位设计域内的材料数量，同时优化目标函数并满足指定的任何其他约束。在第二种方法中，可以选择其目标以最小化体积。在这里，OptiStruct将最小化体积以达到满足其他约束的最终拓扑。
9.在优化运行开始时（迭代0），材料分数的初始值是多少？
如果设计问题的目标是最小化体积响应或质量响应，则默认情况下初始材料分数将设置为0.9。如果在设计问题中使用质量或体积约束，则初始材料分数将是与约束上定义的值对应的值。当质量或体积响应未用于定义目标或约束时，材料分数在迭代0时将默认为0.6。
10.拓扑分析的迭代0结果和分析运行结果不同，错在哪里？
没有错误。您已为拓扑优化定义了设计空间。在仅分析运行中，设计空间的密度设置为1.0。在拓扑优化的第一次迭代中，设计空间的密度小于1.0，除非您已将在DOPTPRM中定义的MATINIT值明确设置为1.0。因此，在第一次迭代中，结构看起来不像仅分析运行那样刚。
对于以质量（体积）为目标的拓扑优化运行，MATINIT的默认值为0.9。对于具有约束质量（体积）的运行，默认值将重置为约束值。如果质量（体积）不是目标函数且不受约束，则默认值为0.6。
