【HyperWorks优化实例向导】之自由形状优化

本文模型主要使用如下图所示简单模型：

大家可以先下载模型跟着教程一步一步操作体验。

所谓自由形状是和形状优化比较而言的，自由形状优化节点变形的形式更加自由。进行形状优化的时候需要事先创建形状变量，优化算法的优化对象就是每个形状变量的系数。最终的优化结果只能是原始网格位置与各个形状的线性叠加。

拿下面这张图来说，蓝色内圈是原始网格边界，左图外圈红线是网格变形创建的形状变量的最远处。如果形状变量的范围是 [0, 1]，那么最终优化结果的网格位置只能是蓝圈和红圈之间某个位置的一个圆。自由形状优化的每个节点都可以随意运动。

自由形状优化最常用的场景是解决应力集中问题，当然，也可以用于别的场合。

Altair OptiStruct™ 自由形状优化算法分 classic 和 vertex morphing 两类，vertex morphing 方法自由度更大，但是计算量也会随之大幅度增加，而且 vertex morphing 方法目前还是 beta 版本，使用时需谨慎。

classic 方法中的变量只能是自由边上的节点。节点可以沿着 2D 单元自由边法向移动。

vertex morphing 方法中的变量可以是任意节点，面内的节点的运动方向是单元法向，外侧节点可以沿着 2D 单元自由边法向移动。

以下动画是一个2D自由形状变量的例子：

classic 和 vertex morphing 方法中的节点变量都只能是外表面的节点（自动忽略内部节点），而且都只能沿着外表面的法向运动。

以下动画是 3D 自由形状优化的一个例子：

接下来我们通过具体的例子来说明用法。

变量节点位置如下图所示，限制四个角点只能沿着y轴方向移动。

本例中将节点移动的最远距离通过 2D 单元进行限制，这些单元需要设置为 BMFACE 单元类型。

工况和 2D 模型类似，为了应力级别一致修改了力的大小。设置两个表面的节点作为自由形状优化的设计变量。限制边界上的节点只能沿着厚度方向运动。

比如下图中的零件既希望改变厚度（单一厚度）又希望同时进行变形形状的优化。可以同时创建形状变量和自由形状变量。