HyperWorks 常见问题解答（优化问题设置A）

问题 1：在拓扑优化中，我是否可以通过 DRESP1 卡片，在设计空间中增加应力约束条件？

解答：通过 DRESP1 卡片进行局部应力约束是非法的。

问题 2：在质量/体积约束条件已经存在的前提下，是否可以在其基础上再增加全局应力约束条件？

解答：我们不建议用户同时使用质量/体积约束和全局应力约束条件。很多情况下，由于前者的存在，使得全局应力约束条件往往得不到满足。

问题 3：在拓扑优化阶段，为什么我设置了全局应力约束条件，在某些局部，应力水平依然超过了全局应力约束的要求？

解答：如同拓扑优化是概念设计阶段对模型的宏观布局进行控制类似，全局应力约束亦是在优化分析的过程中，将整体模型的应力水平控制在一个合适的范围中，而并不关注于局部应力集中的问题。所有在拓扑优化过程中发现的局部应力集中问题，在结构设计人员基于拓扑优化结果进行产品概念再设计后，将通过尺寸优化（size optimization），形状优化（shape optimization），自由形状优化（free shape optimization）以及这三者的结合应用进行解决。在拓扑优化的过程中，OptiStruct 将自动忽略那些人工引入的应力集中问题，例如刚性连接（rigid connection），以及那些由于尖锐的几何过渡导致的应力集中问题。

问题 4：为什么某些时候，在拓扑优化阶段，在增加了全局应力约束条件后，得到的优化结果非常奇怪，无法被采用？

解答：全局应力约束条件的使用是有一定的前提条件的。例如模型的可设计区域和不可设计区域，二者在给定工况下的响应值差异十分巨大（例如材质属性相差悬殊），在此种情况下，设置全局应力约束条件可能无法得到用户希望的优化结果。此时，可以考虑使用其他的优化方式，对模型的结构进行拓扑优化，例如以柔度最小为目标函数的优化。

问题 5：进行模型的模态分析和优化时，需要注意的环节有哪些？

解答：如果您希望对模型进行模态分析和优化，例如，希望模型的第一阶频率高于某一个给定值，那么以下内容可以参考：

• 如果OptiStruct的迭代是因为已达到默认的最大迭代次数而停止，那么需要小心，很可能此时优化尚未收敛。

• 监测目标函数。如果发现在优化过程中，目标函数取值在某一区间内反复摇摆变化，那么很可能优化迭代收敛会非常慢。

在本例中，如果用户希望提高某一结构的一阶固有频率，那么我们建议用户在优化问题设置时，同时约束该结构的前几阶频率（例如 1‐5 阶），而不是仅仅设置其第一阶频率高于某一目标值。这有助于得到更加稳定的求解结果，并有效的增强收敛性。本问题同样适用于屈曲响应（buckling response）。

问题 6：如果我对一个有四个承托结构（非设计区域）的部件进行了拓扑优化，优化的结果却发现优化后的传力路径与并不与这四个承托结构中的任何一个相连。造成这种现象的原因是什么？

解答：造成这种现象的原因是OptiStruct 判断出这四个非设计区域并不参与最终的载荷传递。当该部件与装配机构的其他部分相连接时，则载荷会通过与其他装配的连接进行传递，因此在优化的过程中自动排除了这四个承托结构。

问题 7：在典型的航空/航天零部件产品：蒙皮+加强筋式的结构中，执行优化设计的顺序是怎样的？

解答：我们建议用户针对此类航空/航天零部件产品，首先通过拓扑优化（topology optimization）进行加强筋布局优化，然后通过尺寸优化（size optimization），优化蒙皮及加强筋厚度。

问题 8：进行基于屈曲响应（buckling response）的自由尺寸优化（free‐size optimization）需要注意些什么？

解答：在进行基于屈曲响应的自由尺寸优化时，我们建议用户设置一个基准厚度值

（basethickniss value），而不是在 0‐某一指定范围内进行优化。在进行此类问题的求解时，在完全不受约束的情况下，由于屈曲模态的数量非常高（潜在的相当于非常高数量的设计变量），优化求解过程可能会变得不稳定。

问题 9：在自由形状优化（free‐shape optimization）中，如何避免由于负雅各比值（negative jacobian）导致的求解失败？

解答：事实上在自由形状优化的过程中，如果优化问题设置适当，是极少遭遇由于负雅各比值导致的迭代失败的。以下是一些建议，以避免出现上述情况：

• 如果您是在实体表面（solid face）上某一包含曲边（edge）的区域定义自由形状优化设计变量，那么我们建议您以此曲边为界，分别定义两个独立的自由形状优化设计变量，而不是将整个实体表面定义为单一的设计变量。两个独立的设计变量将分别包含曲边两侧的区域，而位于曲边上的节点将为两个设计变量所共享。

• 在进行优化迭代之前，优化网格质量。

• 在自由形状优化定义中，增大参数 NSSMOOTH 的取值。

• 为设计空间（design space）限制定义合理的取值。

• 使用精确性优先（optimized for accuraty）方法。

问题 10：在考虑声场响应（acoustic  response）的板材形貌优化时，需要注意的技术细节有哪些？

解答：在声场分析（acoustic  analysis）时，首先会在结构与流体间构建接触矩阵（interface matrix）。我们称结构与流体间的接触面为 wetted surface。在声场分析中，正确处理结构与流体间的相互作用，对最终分析结果的可信度有决定性的影响。在考虑声场响应的形貌优化技术中，由结构的初始形态所决定的接触矩阵在整个优化过程中是保持不变的，即并不考虑在优化过程中由于节点位置扰动而生成的新结构方案。因此用户需要注意的是，不仅仅是形貌优化，还包括拓扑优化和形状优化，在优化过程中，整体结构中参与结构与流体接触的部分的形态发生了非常明显的改变的话，那么结果的精确度将受到影响。该问题是基于 Optistruct 10.0 版本的。