MeshFree|轻量化设计-拓扑优化分析

拓扑优化（topology optimization）

   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。

1.目标函数

  这与选择分析类型类似。拓扑优化支持线性静态分析、模态分析和频率响应分析, 选择适合于设计目的的分析类型。例如, 如果目标是提高静力荷载下的结构刚度, 应选择线性静态分析。如果是提高结构的固有频率, 应选择模态分析。如果是提高时域荷载作用下结构的刚度, 通常选择频率响应分析。根据选择的分析类型可以选择目标函数和约束，如下表所示。

2.约束

 如果优化目标是减少重量，可以选择位移或者应力作为约束。如果刚度最大最为优化目标，那么约束条件是体积比。

这个分析既有设计组，也有非设计组。默认情况下，模型都在设计组里面。通过鼠标拖放，可将设计组部件移动到非设计组。

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。

*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

分析控制

制造条件考虑因素

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。

*对于双向制造，会自动选择几何模型的中心。

对称条件-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。

*当对称条件和铸造方向同时定义，首先对称条件生效，然后再应用铸造方向。换句话说，对称条件优先铸造方向。

3.设计变量