關于結(jié)構(gòu)優(yōu)化

概述

使用Abaqus進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一個迭代過程，可幫助您優(yōu)化設計。精心設計的結(jié)構(gòu)優(yōu)化的結(jié)果是一個重量輕，剛性和耐用的組件。

Abaqus提供了以下結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法:拓撲優(yōu)化、形狀優(yōu)化、尺寸優(yōu)化和焊道優(yōu)化。拓撲優(yōu)化從初始模型開始，并通過修改選定元素中的材料屬性(有效地從分析中刪除元素)來確定優(yōu)化設計。形狀和尺寸的優(yōu)化進一步完善了模型。形狀優(yōu)化通過移動表面節(jié)點來修改零件的表面，以減少局部應力集中。尺寸優(yōu)化修改鈑金部件的板材厚度;通常用于增加剛度或減少振動。筋條優(yōu)化在殼體模型中創(chuàng)建加強筋條。拓撲、形狀、尺寸和焊道優(yōu)化是由一組目標和約束來決定的。

優(yōu)化是一種縮短開發(fā)過程的工具，它通過自動化過程為設計師的經(jīng)驗和直覺增加價值。為了優(yōu)化你的模型，你需要知道要優(yōu)化什么。僅僅說你想最小化應力或最大化特征值是不夠的，你的陳述必須更具體。例如，您可能希望在兩個荷載工況下最小化最大節(jié)點應力。類似地，您可能希望最大化前五個特征值的和。優(yōu)化的目標稱為目標函數(shù)。此外，您可以在優(yōu)化過程中強制執(zhí)行某些值。例如，可以指定給定節(jié)點的位移不能超過某個值。強制的值稱為約束。

您可以使用Abaqus/CAE創(chuàng)建要優(yōu)化的模型，并定義、配置和執(zhí)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。有關詳細信息，請參閱優(yōu)化模塊。

術語

結(jié)構(gòu)優(yōu)化引入了自己的術語。以下術語貫穿Abaqus文檔和Abaqus/CAE用戶界面:

設計區(qū)域

設計區(qū)域是結(jié)構(gòu)優(yōu)化修改的模型區(qū)域。設計區(qū)域可以是整個模型，也可以是僅包含選定區(qū)域的模型子集。給定規(guī)定的條件(如邊界條件、載荷和制造約束)，

l拓撲優(yōu)化過程在試圖達到最優(yōu)設計的同時，從設計區(qū)域中的元素中刪除和添加材料，

l形狀優(yōu)化通過移動表面節(jié)點來修改設計區(qū)域的表面，

l尺寸優(yōu)化通過改變殼單元的厚度來修改設計區(qū)域的厚度，以及

l珠形優(yōu)化沿殼法線方向移動設計區(qū)域中殼單元的節(jié)點。

設計變量

對于優(yōu)化問題，設計變量表示優(yōu)化過程中要改變的參數(shù)。對于拓撲優(yōu)化，設計區(qū)域中元素的密度是設計變量。優(yōu)化模塊在每次優(yōu)化迭代期間更改密度，并將每個單元的剛度與密度耦合。實際上，優(yōu)化通過賦予足夠小的質(zhì)量和剛度來從模型中刪除元素，以確保它們不再參與結(jié)構(gòu)的整體響應。模型與修正后的材料性能，然后通過Abaqus分析。

對于形狀優(yōu)化，設計區(qū)域中的表面節(jié)點的位移是設計變量。在優(yōu)化過程中，優(yōu)化模塊將節(jié)點向外(增長)或向內(nèi)(收縮)移動，或保持位置不變(中性)。限制會影響曲面節(jié)點可移動的量及其可移動的方向。優(yōu)化模塊只對單元的角節(jié)點位置進行直接修改，通過角節(jié)點的移動來插值單元的中部節(jié)點的位移。

對于尺寸優(yōu)化，設計區(qū)域中的殼單元的厚度是設計變量。優(yōu)化模塊可以調(diào)整單個殼單元的厚度，或者您可以要求聚類-同時修改特定區(qū)域的殼厚度。

對于加強筋優(yōu)化，在設計區(qū)域中形成加強筋的殼單元的節(jié)點的位移是設計變量。限制限制節(jié)點可以移動的數(shù)量和移動的方向。

設計周期

優(yōu)化是一個迭代的設計過程，更新設計變量，執(zhí)行Abaqus分析修改后的模型，并審查結(jié)果，以確定是否已達到優(yōu)化的解決方案。每一次優(yōu)化迭代稱為一個設計周期。

優(yōu)化任務

優(yōu)化任務包含優(yōu)化的定義，例如設計響應、目標、約束和幾何約束。要運行優(yōu)化，需要執(zhí)行一個優(yōu)化過程。優(yōu)化過程是指優(yōu)化任務。

設計響應

優(yōu)化的輸入稱為設計響應。設計響應可以直接從Abaqus輸出數(shù)據(jù)庫(odb)文件中讀取;例如，剛度、應力、特征頻率和位移?；蛘?，“優(yōu)化”塊可以從輸出數(shù)據(jù)庫文件中讀取數(shù)據(jù)，并從模型中計算設計響應;例如，模型的重量，質(zhì)心或相對位移。

設計響應與模型的某個區(qū)域相關聯(lián);但是，它由單個標量值組成，例如某個區(qū)域內(nèi)的最大應力或模型的總體積。此外，設計響應可以與特定的步驟或荷載工況相關聯(lián)。

目標函數(shù)

目標函數(shù)定義優(yōu)化的目標。目標函數(shù)是從設計響應中提取的單個標量值，如最大位移或最大應力。一個目標函數(shù)可以從多個設計響應制定。如果您指定目標函數(shù)最小化或最大化設計響應，則Optimization模塊通過添加從設計響應中確定的每個值來計算目標函數(shù)。此外如果您有多個目標函數(shù)，則可以使用加權(quán)因子來縮放它們對優(yōu)化的影響。

約束

約束也是從設計響應中提取的單個標量值;但是，不能從設計響應的組合中導出約束。約束限制設計響應的值;例如，您可以指定體積必須減小45%或區(qū)域中的絕對位移不得超過1mm。您還可以應用獨立于優(yōu)化的制造和幾何約束;例如，結(jié)構(gòu)必須能夠鑄造或沖壓，或者軸承表面的直徑不能更改。

停止條件

全局停止條件定義優(yōu)化可執(zhí)行的最大迭代次數(shù)。局部停止條件指定在達到局部最小值(或最大值)時應結(jié)束優(yōu)化。

溫馨提示：

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