基于hyperworks的集中力扩散结构优化设计.ppt

基于hyperworks的集中力扩散结构优化设计

问题描述拓扑优化方法及流程前处理阶段后处理阶段拓扑优化结构设计设计结构的分析计算

问题描述如以下图1所示的平板结构，宽600mm，高350mm，厚20mm，左右两端受对称束〔UX=0、ROTY=0、ROTZ=0〕，上端固支，下端仅限制法向位移〔UZ=0〕。平板下端中央部位120*20mm区域内承受200MPa的均匀压力。平板材料为铝合金，弹性模量E=70GPa，泊松比v=0.3，屈服极限280MPa，密度2.8?103kg/m3。图1

问题描述结构设计要求如下：1〕除图中顶端20mm高度区域外其余局部为可设计区，结构保存质量不超过可设计区域的30%；2〕平板上端Y向的最大应力最小化；3〕结构不得发生屈服和任何形式的失稳；4〕设计方案结构简练合理，满足机加工生产工艺要求。

拓扑优化方法及流程基于HyperWorks的结构拓扑优化设计的流程是：首先在三维CAD软件中〔或在HyperMesh中〕建立对象几何模型，然后在HyperMesh中进行前处理，利用优化面板定义设计区域、目标函数和约束条件，提交Optistruct中进行拓扑优化迭代求解，然后反复结合结构拓扑优化结果，并考虑制造装配因素对模型进行改进，再进行分析，直到改进后的模型满足要求为止。模型拓扑优化的设计流程如图2所示。

拓扑优化方法及流程图2

前处理阶段建立结构的几何模型图3

前处理阶段导入几何模型图4

前处理阶段划分网格图5

前处理阶段创立边界条件图6

后处理阶段静力分析位移云图图7

后处理阶段静力分析合应力云图图8

后处理阶段静力分析Y向应力云图图9

拓扑优化*设计变量选中design即设计域定义为优化的设计变量。然后选择Parameters子面板，在StressConstraint中选择Stress=并输入应力屈服极限值280，点击update，完成优化的设计变量的定义。*响应mass和stress，类型分别为massfrac和staticstress*约束mass≤0.3*目标函数minmaxstress

拓扑优化单元密度分布图图10

拓扑优化66次迭代后应力分布图图11

拓扑优化目标函数随迭代次数的变化图12

拓扑优化质量分数随迭代次数的变化图13

结构设计根据拓扑优化的单元密度图得到下面的结构设计图图14

结构设计结构设计尺寸图图15

结构设计设计结构有限元模型图16

结构设计创立边界条件后的模型图17

设计结构的分析计算设计结构的位移云图图18

设计结构的分析计算设计结构的合应力云图图19

设计结构的分析计算设计结构Y向应力云图图20

设计结构的分析计算*分析后处理，由结果云图可以得到：设计结构的最大位移为0.936mm，位于施加载荷位置的中心；设计结构的合应力最大值为250MPa，在屈服极限以内，其中Y向最大应力也为250MPa；屈曲因子1.4431061，不会发生屈曲失稳。*质量分数到达要求。*故得出结论，图14所示结构为满足要求的优化设计结构。