《多学科结构优化设计》更新第6集:拓扑优化问题研究

优化模型的建模。对于实体零部件，采用四面体建模即可，无需花费大量时间进行六面体网格建模，因为拓扑优化的目的只是得到一个大概的结构设计方案供参考。如果时间足够，则新设计CAD模型建立后可采用六面体网格划分。

优化模型的规模。OptiStruct可以求解包含数百万个变量(设计空间有数百万个单元)的拓扑优化问题，但此时对系统硬件要求，特别是内存要求很高，建议先试算然后再细化模型，以免出现优化模型太大而使现有硬件不能计算的情况。

优化部件的挑选。一般来讲，重量大的铸件和机加件比较有优化减重潜力，也可优先考虑需求量大(或者产量多)的部件，此时该部件即使只减重1%，总的减重效果也将非常可观。

优化结果的材料无关性。一般来讲，拓扑优化结果由载荷边界条件和具体约束值决定，同材料类型关系不大，因此，对于某些非线性材料或者材料数据不全的零部件，可先假定为某种线性材料(OptiStruct只能处理线性材料模式)进行优化。

优化结构的解释。优化结果的解释，一般来讲“依葫芦画瓢”即可，但更重要的是理解保留下来的材料的作用，从而设计出相应的结构。例如，如果优化结果中某部分的材料主要是抗弯，则可设计为类工字形结构；该部分结构抗扭，可设计成类圆管结构或者盒装结构。

1.3.3.1 研究问题一：最大化刚度优化，加载力的问题

下图四个模型，模型和约束一致，响应只有体积分数和应变能，只是加载力不用：1N_1N、1000N_1000N、0.5N_1N、500N_1000N，可以发现前两个模型的优化结果一致，后两个模型的优化结果一致。验证结果是：最大化刚度问题与加载力的大小无关，只与加载力之间的比例关系有关。

1.3.3.2 研究问题二：壳体模型拓扑优化问题

使用一平板模型，初始位移为0.024mm，此模型在帮助文档中可以找到。通过不断的变化约束和目标及一些制造约束总结规律。

壳体拓扑优化/自由尺寸优化以下设置有非常相似的结果：

1.       约束：位移；目标：质量/体积/体积分数

a.        位移在初始位移的基础上增加1到2倍

b.       使用初始位移为约束，需要使用双层单元

2.       约束：初始位移、体积分数0.3；目标：质量/应变能

3.       约束：体积分数0.3；目标：应变能