美国Altair OptiStruct前所未有的结构优化工具

美国Altair OptiStruct前所未有的结构优化工具

六大优化方法：

OptiStruct集成线性有限元求解器，具备的六大优化方法。

在概念设计阶段包括

拓扑优化(Topologyoptimization)

形貌优化(Topographyoptimization)

自由尺寸优化(Free-sizeoptimization)

设计改进阶段

形状优化(Shapeoptimization)

尺寸优化(Sizeoptimization)

自由形状优化(Free-shapeoptimization)

优点:

算法稳健，能够解决绝大多数工程实际问题；

缩短所需有限元分析时间；

非常高效，对硬件资源要求不高；

对近似模型的拟合和寻优非常迅速。

一 、拓扑优化(Topologyoptimization)，在给定的设计空间中寻找更佳的材料分布。

在拓扑优化中OptiStruct使用密度法，通过对中间密度的单元进行惩罚，从而得到更加离散的解。

可以在优化时添加制造约束，

1 、更大最小尺寸约束。

2 、当零件采用下列加工方法时需要考虑：铸造、注塑成型、机加工；拔模类型有单模和分模。

3、挤压成型工艺考虑，得到沿挤压方向的更优化等截面结构，从而可以采用挤压成型工艺。

4、 对称约束，方便定义各种对称。

5、模式重复，不同的部件（设计区域）有相同的优化结果，方便采用标准设计，较少制造成本。

二、 形貌优化(Topographyoptimization)，在薄壁结构上寻找更佳的压延筋结构。

模式组：定义压延筋的方向和形状；线性、平面、圆圈、径向、圆周、各种对称。

压延筋离散控制。

三、自由尺寸优化（free sizing），找出每个板壳单元的更佳厚度，每个单元的厚度可在T0－T之间连续变化。

适合剪板式结构的优化，具有更大的设计自由度，承受面内载荷时厚度连续，承受弯矩作用时厚度离散。制造费用较高，适合于航空，汽车行业不太使用。

四 、形状优化(Shapeoptimization)，根据用户的形状变量，自动优化零件形状和位置。

建立设计变量和节点位置变化的关联，优点有：

• 利用Morphing技术改变设计区的形状，并将节点坐标变化存作形状变量

• 较少变量个数

• 用户对形状变化完全控制

• 保证零件外形的光顺

可以应用于：减小局部应力集中；优化零件的位置和角度，从而提高系统性能。

五、 自由形状优化（free shape），无需手工定义形状变量，只需选取优化区域的边界节点，自动优化区域形状。

六、 尺寸优化(Sizeoptimization) ，寻找更佳的模型参数。

适合各种设计变量：

l 板单元厚度

l 梁截面尺寸

l 连接刚度

l 质量

另外可以快速建立尺寸变量及属性关联；考虑实际制造需求，可使用离散变量，设计变量从一组离散值中选取。

Optistruct的一些重要的功能和特性：

1、 可以在拓扑优化中进行应力约束，第一个在拓扑优化中进行全局应力约束的软件。智能分辨虚假应力和真实应力集中区域，可用在拓扑和自由形状联合优化中。

2、 使用超单元子结构法进行各种优化，输出刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵等。减少模拟时间，只考虑主要结构，只将刚度矩阵传递给模型。

3、 可以在非线性接触分析中使用优化方法，更加接近真实。易用的Cgapg单元，更容易实现点对面的连接，稳定的非线性收敛性。

4、 采用等效静力载荷法来进行多体动力学中刚柔体的优化。ESLM 是适用于多体动力学优化的技术，可用于优化多体中的刚体和柔体。

5、 可以在热固耦合分析、声场响应分析、随机响应分析中进行结构优化的分析。

6、 基于疲劳分析下的优化分析

可以基于应力疲劳和应变疲劳的优化 ，可以约束寿命也可以约束损伤值。

7、复合材料的优化

使用Ossmooth输出几何

1 、根据等值面提取拓扑优化结果；

2、 形貌优化输出：压延筋多级自动差值算法；

3、 格式可以是NASTRAN、IGES、STL 、H3D。