【HyperMesh宝典】之HyperStudy优化
本文摘要（由AI生成）：
本文主要介绍了Altair HyperStudy优化工具的使用方法，包括优化目标、优化约束、设计变量等要素。HyperStudy简单易用、算法高明，是Altair的重要优化工具之一。此外，本文还介绍了HyperMesh新界面中文教程、Templex语言、HyperStudy教程及Compose教程的下载链接，供读者学习。
优化技术历来是Altair的优势所在，Altair拥有众多优化工具，其中Altair HyperStudy™简单易用、算法高明，所以本文先介绍HyperStudy。此外，Altair最重要的优化工具当数Altair OptiStruct™，同时OptiStruct也是Altair Inspire™的优化内核，预计会在下一讲给大家介绍。
因HyperStudy相对简单，本文篇幅不长，也相对简单，但本文不过是个引子，文章最后有HyperMesh新界面中文教程、Templex语言，HyperStudy教程及Compose教程的下载链接，有兴趣的可以下载后再系统学习。
顺便说一句题外话，本文作者方献军老师表示：“我最喜欢的是Altair Compose™。”（可以在文末推荐链接查看Compose相关文章~）
例一：
例一：
首先要优化的结构是由三个实心杆组成的支架，如下图所示：
原始模型的性能水平如下：
工况1最大位移：22.85mm
工况2最大位移：75.72mm
体积：7656850mm3
（应力很小，不必考虑~）
优化三要素：
优化目标：最小化体积
优化约束：
工况1连接点最大变形量 < 22.0mm
工况2连接点最大变形量 < 75.0mm
设计变量：
1、 连接点可以在虚线框内任意移动
2、 三个杆的截面积变化范围如图中所示
形状变量需要使用HyperMorph创建，横向和纵向各一个。
截面积变量需要通过创建parameters得到。
最后，通过快捷键Ctrl+f搜索study进入HyperStudy，但是要注意不要关闭HyperMesh，因为HyperStudy需要利用HyperMesh进行模型更新。优化结果如下：
在这个例子中用到了网格变形（虽然只有一个点在动）和参数变量（双精度浮点数类型），实际上哪怕是更多的变量数目也不要紧，只不过是HyperMorph的操作会更加麻烦一些（文末链接中提供了培训资料下载），求解器的计算量会更大。对HyperStudy来说，任何求解器都只是一个黑盒，HyperStudy真正做的事情是：
✔ 不断生成新的模型
✔ 把新生成的模型提交计算
✔ 从新的得到的结果文件提取关心的结果
如下图所示：
例二：
例二：
下图所示三维曲面结构在两个零件交接处有条轨道，希望使用HyperStudy找到在考虑重力的情况下小车在哪个位置时应力最大，哪个位置时应力最小。最后在HyperView或者HyperMesh中画个云图或者矢量图。这个例子的不同之处在于它的设计变量是离散的整数变量。
最常规的想法是在各个节点分别创建一个单独的工况进行分析，但是这并不是本例想要介绍的。本例只创建一个工况，但是有很多load collector（每个里面放一个节点的FORCE），让HyperStudy运行的时候不断更换工况中的load collector ID。其实还有更简单的方法，只创建一个力，一个工况，让HyperStudy运行的时候不断更换力作用节点的ID。这个留给感兴趣的人自己去尝试（过程几乎一模一样，而且不用写脚本了）。
考虑到这里创建的load collector数量显著大于10，可以写几行脚本搞定load collector的批量创建。脚本如下：
提供给HyperStudy的是一个fem文件。
需要在HyperStudy的Editor工具中进行参数化。
此外，还需要创建一个文本文件告诉HyperStudy可选的load collector的id号都有哪些。格式是每个变量一列。本例只有一个变量，因此一列就够了，部分数据如下：
4
5
6
7
8
注意：由于数据表示的是load collector的id，如果不小心写了一个不存在的id，那OptiStruct求解器恐怕就要报错退出了。
如果有多列（多个变量，不同的列用空格分隔），文件的内容大致如下：
最后得到的结果是如下两个位置：
可以使用Matrix Browser在HyperMesh中显示一个云图（过程略）：
或者在HyperView中画一个更加直观的矢量图（箭头大小表示全模型最大应力的大小而不是箭头所在位置的应力）：
方法是将HyperStudy得到的结果写成一个如下的hwascii格式文本文件。
PS：为什么不用Compose或者python进行绘图呢？因为它们显示不了网格模型。
本例的目的是说明在HyperStudy中可以把ID号变成变量。类似的，HyperStudy中的变量还可以是节点、单元、梁截面、材料、属性、载荷、工况等的id号。实际上有限元软件中的几乎所有数据都是以ID号作为识别号的，这样一来换个材料、改个梁截面等等就都轻而易举了。
HyperStudy中的变量还可以是字符串，用的场合不多，这里就不介绍啦~
在HyperStudy的Editor工具中进行参数化后得到的tpl文件实际上是一个程序源代码（可能连很多HyperStudy资深用户都没有意识到这点），这门编程语言叫 templex，语法继承自C语言，基本数据类型是矩阵（类似MATLAB）。HyperStudy和HyperGraph / HyperView 等模块都会用它。实际上大家日常工作中在HyperGraph里面使用的函数和操作都是基于templex的。
我们先来看一下HyperGraph中怎么使用：比如希望得到多条曲线的上包络线，由于templex的强大功能，自己只需要写一点点代码，如下：
可以把得到的新曲线的数值直接放在{}里面进行绘图（当然，也可以变成HyperGraph的一部分），下图中的实线是sin(x)和cos(x)曲线，点是上包络得到的结果：
如果需要处理的问题比较复杂，建议使用HyperWorks中的Compose，理由是：
Compose可以使用HyperGraph的读取接口
兼容了MATLAB的编程语法(好处是很多编程问题在网上一搜就找到答案了)
可以和python共享变量，只要能通过python解决的问题都可以解决了。
因为templex是编程语言，具有很大的灵活性，可以配合HyperStudy完成各种稀奇古怪匪夷所思的工作。这里抛砖引玉介绍一个比较特别的例子，下图是本例的简单模型。
本例的特别之处是：在tpl中通过templex语句实现了如果零件厚度这个设计变量大于1.1mm，单元7将从零件中移除掉（类似求解器的生死单元）。之所以选择这样简单的模型是希望大家看明白编程语言的关键，不被复杂的模型所蒙蔽。语句很简单，就是很普通的一句if语句。如下：
想象一下第二行可以换成任意多行的有限元卡片或者把include文件放在那里，那就可以表示任意复杂的结构和载荷了。
根据零件厚度不同，本例中得到的单元卡片是如下两种：
