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HyperWorks集成的OptiStruct求解器提供世界領先的結構拓撲優化技術，幫助設計人員識別結構的最有效傳遞路徑，在減少物料成本的同時提升結構性能。

下面分別是通過拓撲優化技術，優化白車身及副車架結構的案例 本文將介紹的Design Space工具，可以幫助用戶更高效地創建拓撲優化的設計空間。

圖一白車身傳力路徑的拓撲優化

圖二副車架結構的拓撲優化

拓撲優化的實施過程中，工作量最大的是拓撲優化設計空間的創建環節。HyperWorks 2021.2版本新增了Design Space工具集，該工具使用Voxel單元，基於幾何或者網格以均勻六面體堆疊的方式包絡生成設計空間，大大縮短拓撲優化設計空間的創建時間。

圖三Design Space 工具集

上圖三是該工具集的樣式，可以看到主要分為以下幾個功能，本文將分別做介紹：

通常來說，設計空間邊界的不規則性會導致生成六面體單元困難，工程師一般在設計空間創建四面體單元。以往創建四面體網格時，包絡面的處理十分費時間，劃分後的四面體網格規模通常也非常龐大，導致計算效率降低。

Design Space工具允許用戶生成高質量的Voxel六面體單元，以均勻六面體堆疊的方式包絡設計空間，效率非常高。同時提供了RBE3、Contact、Tie等工具，實現Voxel單元和非設計區單元的連接。

圖四 Voxel單元和邊界單元的RBE3單元連接

• Global：創建全局的拓撲優化設計空間

首先通過一個視頻演示該工具的使用流程（本例使用文件Global_Topology_Start.hm）：

視頻一 創建Global拓撲優化設計空間

在圖三的工具集介面，點擊Global圖示，進入工具條。用戶通過指定需包含的(Include)和需排除(Exclude)的部件來確定拓撲優化設計空間。Global工具條介面如下圖五。

圖五 Global工具條界面

該工具條有一個控制選項，通過點擊工具條左側的 Menu圖標  （三横線），如下圖五所示。

圖六 Global工具條控制選項

其中各項含義為：

•  Local：創建局部的拓撲優化設計空間

當我們需要對模型中的局部位置定義拓撲優化設計空間時，可以使用  Local工具 。比如有時候我們需要提高尾門框模態，計劃對下圖所示的D柱內空腔做加強。

圖七 D柱空腔內拓撲優化及相關應用案例

在創建Voxel單元之前，我們先使用 Hole/Gap Fill工具， 縫合邊界的網格。

視頻二縫合周圍網格

縫合完成後，我們開始創建局部拓撲優化設計空間。點擊 Local圖標：

圖八 Local工具條界面

Local工具通過指定一個中心Input點，創建一個長方體空間。軟件會自動尋找當前顯示的components和長方體空間圍成的空腔，並在內部創建Voxel六面體單元。此外，我們還可以創建對稱面，在對稱的D柱也創建Voxel單元。詳細操作請見下方錄製視頻。

視頻三創建局部拓撲優化設計空間

•   +/-：對拓撲優化設計空間進行局部增減

對創建出來的六面體Voxel網格，有時候局部細節我們需要增減單元，就可以使用+/-單元增減工具。這裡我們接著上一步創建的D柱內空腔Voxel單元進行操作，點擊+/-圖標，選擇對應的Design Space，交互式地選擇局部面，即可拖拉生成或消除Voxel網格，具體可見下方演示視頻。

視頻四 使用+/-工具增減Voxel網格 

• Adhesives：創建粘膠的拓撲優化設計空間

在HyperWorks2021.2版本中，新增了創建粘膠拓撲優化設計空間的功能，該功能可以幫助工程師確定鈑金件之間的打結構膠的最佳位置。

點擊Adhesives圖標進入工具界面，選擇需要互相創建粘膠的部件，軟件會自動搜索部件之間可以打膠的法蘭面，創建Voxel單元。此外，軟件會自動為Voxel單元和周圍單元之間創建tie連接，模擬粘膠和周圍單元的連接。具體操作請見下方錄屏。

視頻五 創建Adhesive粘膠拓撲優化設計空間 

另外值得一提的是，通過以上工具創建Voxel單元的同時，軟件會自動創建拓撲優化設計變量DTPL，以供後續拓撲優化引用。模型樹中可以看到相關信息，如下圖。

圖七 軟件在生成拓撲優化設計空間Voxel單元時

自動生成拓撲優化設計變量DTPL

•  Hole/Gap Fill：填充孔或間隙

該功能在Local：創建局部的拓撲優化設計空間小節已經演示過，可查看前文視頻縫合周圍網格。

•  Wrap：創建多個結構的外包絡面

點擊Wrap 圖標，軟件會調用HyperMesh 經典界面的wrap工具。該工具可以用來創建多個複雜結構的外包絡面。比如整車碰撞中不關心發動機的內部結構，就會做個發動機的包絡面，僅添加發動機的質量慣量信息參與計算，大大縮小模型的計算時間。

圖八 使用Wrap工俱生成發動機外包絡面網格

創建全局拓撲優化設計空間(Global)的時候，可以通過Wrap工具，更便捷地從現有的網格模型創建需要包含(Include)及排除(Exclude)的部件空間。

• RBE3：在Voxel單元及周圍單元之間創建剛性連接單元

創建Voxel 單元作為設計空間之後，還需要建立單元和周圍網格單元的連接，通常可以使用RBE3 單元來做，具體操作可見下方視頻。

視頻六創建RBE3連接

• Contact：創建Voxel單元及周圍單元之間的接觸

除了RBE3剛性連接之外，還可以設置Contact接觸。設置方法和常規Contact相同，這裡不再詳述。

• Tie：創建Voxel單元及周圍單元之間的tie連接

Tie 連接模擬Voxel 單元和周圍單元之間的綁定連接，前文我們介紹過創建粘膠設計空間時，軟件會自動創建tie連接。我們也可以通過Tie 工具手動創建，點擊Tie 圖標，工具的界面很簡單。只需要指定設計空間，軟件會根據Option中參數的設置自動尋找周圍的單元並創建Tie綁定連接，如下圖所示。

本文中創建全局拓撲優化設計空間的案例模型（其餘模型不便分享）已打包，您可以點擊下方按钮進行下載。