ansys拓扑优化[整理版]

ansys拓扑优化[整理版]

[ANSYS拓扑优化]注意点

结果对载荷情况十分敏感。很小的载荷变化将导致很大的优化结果差异。 结果对网格划分密度敏感。一般来说，很细的网格可以产生“清晰”的拓扑结果，而较粗的网格会生成“混乱”的结果。但是，较大的有限元模型需要更多的收敛时间。,

在一些情况下会得到珩架形状的拓扑结果。这通常在用户指定很大的体积减少值和较细的网格划分时出现。很大的体积减少值如80%或更大(TOPDEF命令)。,

如果有多个载荷工况时，有多种方式将其联合进行拓扑优化求解。例如，考虑有五个载荷工况的情况。可以选择使用五个单独的拓扑优化分析过程，也可以使用包括这五个工况的一次拓扑优化分析。还有，也可以将这五个工况合成为一个工况，然后做一次优化。综合起来，可以有七个不同的拓扑优化求解:,

5 独立的拓扑优化求解(每个工况一次) 1 拓扑优化求解针对五个工况 1 拓扑优化求解针对一个联合工况 附加的结果或结果的组合都是可用的。

结果对泊松比敏感但对杨氏模量不敏感。但是，随泊松比变化的效果不明显。, TOPDEF和TOPITER命令中的指定值并不存储在ANSYS数据库中;因此，用户必须在每次拓扑优化时重新指定优化目标和定义。

[ANSYS拓扑优化]二维多载荷优化设计示例

在本例中，对承受两个载荷工况的梁进行拓扑优化。 问题描述

图2表示一个承载的弹性梁。梁两端固定，承受两个载荷工况。梁的一个面是用一号单元划分的，用于拓扑优化，另一个面是用二号单元划分的，不作优化。最后的形状是单元1的体积减少50%。

图片2 承受两个载荷工况的梁

图片3 拓扑优化结果——50%体积减少 本问题是用下列的ANSYS命令流求解的。两个载荷工况定义并用LSWRITE命令写入文件。使用ANSYS选择功能，单元SOLID82通过类型号1和2分别指定优化和不优化的部分。TOPDEF命令定义问题有两个载荷工况并要求50%体积减少。TOPEXE命令在本例中没有使用，代之以用TOPITER宏命令指定最大迭代次数为12次。

/TITLE,A 2-d,multiple-load example of topological optimization /PREP7

BLC4,0,0,3,1 ～生成实体模型(3X1矩形)

ET,1,82 ～二维实体单元，1号为优化 ET,2,82 ～2号不优化

MP,EX,1,118E9 ～线性各项同性材料 MP,NUXY,1,0.3

ESIZE,0.05 ～较细的网格密度 TYPE,1

AMESH,ALL ～自由矩形网格划分 NSEL,S,LOC,X,0,0.4 ～选择不优化的部分 ESLN

TYPE,2

EMODI,ALL ～定义2号单元 ALLSEL NSEL,S,LOC,X,0

D,ALL,ALL,0 ～在X=0处固定 NSEL,S,LOC,X,3 D,ALL,ALL,0 ～在X=3处固定 FORCE=1000 ～载荷数值 NSEL,S,LOC,X,1 NSEL,R,LOC,Y,1

F,ALL,FY,FORCE ～定义第一个载荷工况 ALLSEL LSWRITE,1 ～写第一个载荷工况 FDEL,ALL NSEL,S,LOC,X,2 NSEL,R,LOC,Y,0

F,ALL,FY,-FORCE ～定义第二个载荷工况 ALLSEL LSWRITE,2 ～写第二个载荷工况 FDEL,ALL TOPDEF,50,2 ～定义拓扑优化有两个载荷工况

/SHOW,topo,grph ～将图形输出到文件(在交互方式下删 除本命令 /DSCALE,,OFF

/CONTOUR,,2

TOPITER,12,1 ～执行不多于12次迭代 FINISH 求解结果

图3表示上例的计算结果。这些结果存入top.grph文件便于后续的显示处理。

如果是交互地运行ANSYS程序，将/SHOW命令删除以观看每次迭代的结果。 [ANSYS拓扑优化]如何做拓扑优化 拓扑优化包括如下主要步骤: 1( 定义拓扑优化问题。 2( 选择单元类型。

3( 指定要优化和不优化的区域。 4( 定义和控制载荷工况。 5( 定义和控制优化过程。 6( 查看结果。

拓扑优化的细节在下面给出。关于批处理方式和图形菜单方式 不同的做法也同样提及。

定义拓扑优化问题

定义拓扑优化问题同定义其他线性，弹性结构问题做法一样。用户需要定义材料特性(杨氏模量和泊松比)，选择合适的单元类型生成有限元模型，施加载荷和边界条件做单载荷步或多载荷步分析。参见“ANSYS Analysis Procedures

Guides”第一、二章。 选择单元类型

拓扑优化功能可以使用二维平面单元，三维块单元和壳单元。要使用这个功能，模型中只能有下列单元类型:

二维实体单元:SOLID2和SOLID82 三维实体单元:SOLID92和SOLID95 壳单元:SHELL93

二维单元用于平面应力问题。 指定要优化和不优化的区域

只有单元类型号为1的单元才能做拓扑优化。可以使用这种限制控制模型优化和不优化的部分。例如，如果要保留接近圆孔部分或支架部分的材料，将这部分单元类型号指定为2或更大即可:

?

ET,1,SOLID92 ET,2,SOLID92 ? TYPE,1

VSEL,S,NUM,,1,,2 ～用这些单元划分的实体将被优化 VMESH,ALL TYPE,2

VSEL,S,NUM,,3 ～用这些单元划分的实体将保持原状 VMESH,ALL ?

用户可以使用ANSYS的选择和修改命令控制单元划分和类型号定义。 定义和控制载荷工况

可以在单个载荷工况和多个载荷工况下做拓扑优化。单载荷工况是最简便的。 要在几个独立的载荷工况中得到优化结果时，必须用到写载荷工况和求解功能。在