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:
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。在定义完每个载荷工况后,要用LSWRITE命令将数据写入文件,然后用LSSOLVE命令求解载荷工况的集合。 例如,下面的输入演示如何将三个载荷工况联合做一个拓扑优化分析。
定义和控制优化过程 拓扑优化过程包括两部分:定义优化参数和进行拓扑优化。用户可以用两种方式运行拓扑优化:控制并执行每一次迭代,或自动进行多次迭代。 ANSYS有三个命令定义和执行拓扑优化:TOPDEF,TOPEXE和TOPITER。TOPDEF命令定义要省去材料的量,要处理载荷工况的数目,收敛的公差。TOPEXE命令执行一次优化迭代。TOPITER命令执行多次优化迭代。 & #61591; 定义优化参数 首先要定义优化参数。用户要定义要省去材料的百分比,要处理载荷工况的数目,收敛的公差。 命令:TOPDEF GUI:Main Menu>Solution>-Solve-Topological opt 注——本步所定义的内容并不存入ANSYS数据库中,因此在下一个拓扑优化中要重新使用TOPDEF命令。 & #61591; 执行单次迭代 定义好优化参数以后,可以执行一次迭代。迭代后用户可以查看收敛情况并绘出或列出当前的拓扑优化结果。可以继续做迭代直到满足要求为止。如果是在GUI方式下执行,在Topological Optimization 对话框(ITER域)中选择一次迭代。 命令:TOPEXE GUI:Main Menu>Solution>-Solve-Topological opt 下面的例子说明了如何在拓扑优化中每次执行一次迭代:
TOPEXE的主要优点是用户可以设计自己的迭代宏进行自动优化循环和绘图。在下一节,可以看到TOPITER命令是一个ANSYS的宏,用来执行多次优化迭代。 & #61591; 自动执行多次迭代 在定义好优化参数以后,用户可以自动执行多次迭代。在迭代完成以后,可以查看收敛情况并绘出或列出当前拓扑形状。如果需要的话,可以继续执行求解和迭代。TOPITER命令实际是一个ANSYS的宏,可以拷贝和定制(见APDL Programmer’s Guide)。 命令:TOPITER GUI:Main Menu>Solution>-Solve-Topological opt 下面的例子说明了如何使用TOPITER宏执行多次迭代:
每次迭代执行一次LSSOLVE命令,一次TOPEXE命令和一次PLNSOL,TOPO显示命令。当收敛公差达到(用TOPDEF定义)或最大迭代次数(用TOPITER定义)达到时优化迭代过程终止。 查看结果。 拓扑优化结束后,ANSYS结果文件(Jobname.RST)将存储优化结果供通用后处理器使用。用户可以使用后面提到的后处理命令。要得到更详细的信息,请查阅ANSYS Commands Reference或ANSYS Basic Analysis Procedures Guide第五章。 要列出结点解和/或绘出伪密度,使用PRNSOL和PLNSOL命令的TOPO变量。 要列出单元解和/或绘出伪密度,使用PLESOL和PRESOL命令的TOPO变量。 可以使用ANSYS表格功能查看结果: ETABLE,EDENS,TOPO PLETAB,EDENS PRETAB,EDENS ESEL,S,ETAB,EDENS,0.9,1.0 EPLOT 要查看最近(最后一次迭代)的收敛情况和结构变形能,使用*GET命令: *GET,TOPCV,TOP0,,CONV !如果TOPCV=1(收敛) *GET,ECOMP,TP0,,COMP !ECOMP=变形能 *STAT |
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