【HyperWorks優化實例嚮導】的基本想法是一篇圍繞一個主題,以實例為嚮導,提供模型和操作視頻,以便讓有興趣的讀者可以在自己的電腦上重現整個過程,包學包會。
本系列文章會涉及到HyperWorks中的3個主要優化模組,3個模組的具體定位見下圖↓
言歸正傳,本期的主題是多模型優化 。
首先,需要解釋一下為什麼要進行多模型優化,以及什麼情況下需要進行多模型優化?
故事的開始是這樣的......
從前有條河,車輛要過河得繞一大圈
所以司機們希望河上能有座橋 ↓
OptiStruct認為優化這座橋挺容易的,三下五除二就得到了優化結果 ↓
但是,航運部門有意見了,因為這座橋高度不夠,有了橋,船就無法通行了。所以必須把橋造得足夠高或者有船時需要先把橋折疊起來讓船通過,然後再恢復原樣 。
最終設計部門決定設計一座可以折疊的橋 ↓
如果只是折疊而不通車,OptiStruct認為只是模型和載荷不一樣,優化方法是一樣的 。
設計這座橋的時候需要同時考慮這兩種情況,該怎麼辦呢?這就需要一個協定,比如模型1的優化結果和模型2的優化結果移動旋轉後可以重合 。
故事講完了,接下來看看具體怎麼優化吧。
這兩個模型都沒什麼特別的,只是沒有優化的目標而已。我們需要使用第二類回應把這兩個模型的應變能加起來作為多模型優化的回應。
多模型第二類回應的創建目前HyperMesh沒有提供介面,不過徐自立提供了一個介面。
提交計算的選項如下圖所示,-np後面的數位是模型數加1 。
具體優化過程視頻及tcl腳本可以從本文後面下載。
如果各個部分的網格模型是一模一樣的,這個例子也可以使用多工況進行優化。實際上多模型優化的模型可能是不同的,或者只共用部分相同設計。
各個模型可以設置獨立的目標和約束,也可以定義全域的響應,例如:
1. 各個模型具有相同的設計,但是使用不同的網格模型。
2. 相似的模型,有基於工況的參數配置和部件屬性(如阻尼)
3. 不同的模型,需要將不同模型組合得到最終的目標和約束,比如總體積最小等 。
4. 不同的模型,共用部分相同的設計 。
接下來舉一些更實際一點的簡單例子 ↓
1. 平板的拓撲優化
• 板的兩端固支,中部受側向載荷作用。
• 考慮兩個設計,中間設計可以不一致,但是要求兩端的設計一致
• 要求優化結果為對稱設計
• 優化目標:柔度最小
• 優化約束:體積百分比<=0.3
• 製造約束:使用最小成員尺寸約束
優化結果如下 :
左邊單模型優化的結果所有部位都不相同,右邊使用多模型優化兩端的優化結果是完全一樣的。這個例子只是為了說明一種多模型優化的應用場景,沒有提供模型和視頻 。
2. 挖土機結構拓撲優化
下圖中的挖土機,執行機構和衝擊鑽的工況和鏟鬥時的工況,模型都不同 。
上圖中單模型優化的結果左右完全不同 。
上圖使用多模型優化兩端的優化結果是完全一樣的 。
既然要求結果是“相同的”,那麼設計空間的幾何形狀是不是必須也完全相同呢 ?
並不是。
OS-E: 0825就是這樣一個例子,不同的幾何形狀(長度是2倍關係,高度是3倍關係),載荷和約束也不相同,我們可以要求優化結果也是同樣的對應關係(長度 x 2,高度 x 3後優化結果完全一樣) 。
空間上也可以有相對移動和轉動,這些和Master/Slave的定位方法是一樣的,具體的定位方法如下↓
1. anchor node確定座標原點的移動距離
2. first grid對齊x軸
3. second grid對齊xy平面
4. third grid確定z軸方向
上圖左邊是master中的點,右邊是master中的點。
優化結果如下圖所示(相同的縮放比例):
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