复合材料OHT自由尺寸优化与复合材料OSsmooth应用Phase 2
文摘
2025-01-08 09:05
重庆
在此阶段，在概念设计阶段定义优化设置，以确定给定材料比例的最刚度设计。在自由尺寸优化中，每个可设计单元的厚度被定义为一个设计变量。将此概念应用于复合材料设计意味着设计变量是每个单元的每个铺层集合（铺层方向的可设计总厚度）的厚度。为了获得更有意义的结果，制造约束被纳入并自动贯穿所有设计阶段。Objective：最小化Load Case的柔度。Design Variables：每个铺层方向的厚度。Manufacturing Constraints：存在不超过80% 的0的铺层百分比。可制造的铺层厚度为0.1。平衡约束，可确保+45和-45的厚度分布相等。1.在Analysis页面中，单击optimization面板。b)在desvar= 字段中，输入free-size。d)使用Laminate选择器，选择laminate。5.单击desvar=字段，然后选择free-size。尺寸定义（DSIZE）面板打开。在此面板中，你将针对铺层百分比、铺层平衡以及铺层递减来定义制造约束条件。b)将Ply Percentage Options设置为BYANG。c)在DSIZE_NUMBER_OF_PLYPCT= 字段中，输入2。两个PLYPCT连续行被添加到DSIZE Data Entry中。d)在PLYPCT的第一行中，为PANGLE （1） 输入0，为PPMIN（1） 输入0.2，为PPMAX（1） 输入0.7。e)在下一个PLYPCT行中，为PANGLE（2） 输入90，为PPMIN（2） 输入0.2，为PPMAX（2） 输入0.7。这些值将0度铺层和90度铺层限制为设计空间中任何Element的Laminate总厚度的20% 到70% 之间。b)将Balance Constraints Options设置为BYANG。c)在DSIZE_NUMBER_OF_BALANCE= 字段中，输入1。BALANCE延续行将添加到DSIZE数据输入中。d)在BALANCE行中，输入45表示BANGLE1，输入-45表示BANGLE2。b)将Ply Drop-off Options设置为All。c)在DSIZE_NUMBER_OF_PLYDRP= 字段中，输入1。d)在PLYDRP行中，将PDTYP（1） 设置为PLYSLP，对于PDMAX（1），输入0.33。图4.使用PLYSLP方法的PLYDRP卡的DSIZE数据输入字段 10.单击return返回到composites子面板。12.单击return并返回到Optimization面板。1.在Analysis页面中，单击optimization。a)在responses= 字段中，输入Volfrac。c)将regional selection设置为total和no regionid。a)在response= 字段中，输入compliance。c)将regional selection设置为total和no regionid。5.单击return返回Optimization面板。2.在constraint= 字段中，输入volfrac。3.单击response =并选择volfrac。4.选中upper bound旁边的框，然后输入0.3。6.单击return返回Optimization面板。3.单击response=并选择compliance。4.使用loadsteps选择器，选择nx_step。6.单击return两次以退出Optimization面板。此处定义了对复合应变和应力结果的输出控制。OUTPUT，FSTOSZ（free size to size） 用于输出基于铺层的input deck，以实现尺寸优化。 1.从Analysis页面中，选择control cards面板。2.在Card Image对话框中，单击OUTPUT。3.在number_of_outputs中，输入3。4.在第三行中，将KEYWORD设置为FSTOSZ并将FREQ设置为YES。通过这个关键字，OptiStruct会在free-size优化后自动生成一个sizing模型。图5.请求阶段2的free-size to size（FSTOSZ） 优化输出文件5.单击return两次以返回到Analysis页面。1.在菜单栏中，单击File>Save As>Model。2.在Save As对话框中，输入oht_opti_ph1.hm作为文件名，并将其保存到您的工作目录中。1.在Analysis页面中，单击OptiStruct。3.在Save As对话框中，指定写入OptiStruct模型文件的位置，并在文件名中输入oht_opti_ph1。对于OptiStruct输入模型，建议使用.fem扩展名。input file字段显示在Save As对话框中指定的文件名和位置。6.将run options切换设置为optimization。7.将内存选项切换设置为memory default。如果存在错误消息，OptiStruct还会报告错误消息。可以在文本编辑器中打开文件oht_opti_ph1.out以查找有关任何错误的详细信息。此文件将写入与.fem文件相同的目录。oht_opti_ph1.out：OptiStruct输出文件，包含有关文件设置、优化问题的设置、运行所需的RAM和磁盘空间量的估计值、所有优化迭代的信息以及计算时间信息的特定信息。查看此文件，了解在处理oht_opti_ph1.fem文件时标记的警告和错误。oht_opti_ph1_des.h3d：包含优化结果的HyperView二进制结果文件。oht_opti_ph1_s#.h3d：包含线性static分析的HyperView二进制结果文件，依此类推。oht_opti_ph1_sizing.*.fem：在自由尺寸阶段生成的基于铺层的尺寸优化输入文件。此生成的卡组包含描述基于ply的复合模型的PCOMPP、STACK、PLY和SET卡，以及定义优化数据的DCOMP、DESVAR和DVPREL卡。* 符号表示最终迭代编号。oht_opti_ph1_sizing.*.inc：ASCII包含文件包含与输入模型中相同的基于铺层的建模和优化数据。* 符号表示最终迭代编号。1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。启动HyperView并打开会话文件oht_opti_ph1.mvw，其中包含三个页面，其中包含两个H3D文件的结果。Page 2：优化结果是oht_opti_ph1_des.h3d。Page 3：SUBCASE 1在oht_opti_ph1_s1.h3d中的分析结果。Note：如果从独立的HyperMesh打开这些文件，页码将递减。2.导航到包含oht_opti_ph1_des.h3d结果的页面。3.在Results工具栏上，单击 以打开Contour面板。5.在Results Browser中，选择最后一次迭代。7.在Standard Views工具栏上，单击 以查看X-Y平面中的结果。自由尺寸优化的单元厚度结果如下图所示。以红色或趋向于红色的颜色（来自图例）表示的区域可以解释为较厚的区域，而以蓝色或趋向于蓝色的区域表示的区域是较薄的区域。上面所示的云图是总厚度分布，其中包括每个铺层方向的贡献，即0、+/-45和90的厚度贡献。它还指示每个方向的铺层的形状和布局，如铺层厚度图中所示。 1.在Contour面板中，将Result type设置为Ply Thicknesses（s）。3.在Results Browser中，选择最后一次迭代。生成0度的超级铺层厚度分布。它表示0度铺层的铺层形状和补丁位置。5.通过在云图面板中分别选择铺层2、3和4，为超级铺层2（45°）、铺层3（-45°） 和铺层4（90°） 创建铺层厚度云图。由于应用了平衡约束，+45° 和-45° 超级铺层的厚度分布相同。优化后的 “超级铺层” 厚度随后会以 “铺层束” 来表示。默认情况下，基于 OptiStruct 中的智能算法，每个纤维取向（超级铺层）会输出四个铺层束。这些铺层束通过单元集来体现每个纤维取向上铺层的形状和位置。在这种情况下，自由尺寸优化收敛后总共会创建 16 个铺层束：第 1 至 4 层代表 0 度超级铺层的铺层束；第 5 至 8 层代表 90 度超级铺层的铺层束；第 9 至 12 层代表 + 45 度超级铺层的铺层束；而第 13 至 16 层代表 - 45 度超级铺层的铺层束。 2.将求解器甲板oht_opti_ph1_sizing.*.inc（位于文件oht_opti_ph1.fem所在的同一目录中）导入到当前会话中。3.在Model Browser中，右键单击Load Collectors文件夹，然后从上下文菜单中选择Hide。所有Load Collector的显示均处于关闭状态。4.在Model Browser中，右键单击Plies文件夹，然后从上下文菜单中选择Hide。5.在Model Browser的Plies文件夹中，单独激活每个铺层的网格视图，以查看这些铺层。图13.显示已选定铺层11300的Model Browser视图（Laminate 1、铺层1、形状3）图14.铺层11300的图形区域视图（Laminate 1、铺层1、形状3）通过单元集指示的铺层形状可以在设计阶段2中按原样使用，也可以通过更新HyperMesh中的单元集或使用铺层平滑来提高可制造性来轻松修改。铺层平滑操作将在下一节中显示。4.4使用OSSmooth应用Ply Smoothing铺层平滑是一种自动化方法，可将铺层形状进一步减少为更具制造性的铺层形状。尽管铺层平滑可显著提高铺层形状的可制造性，但通常仍需要在此步骤后手动编辑铺层形状。2.在Select model字段中，选择oht_opti_ph1_sizing.35.fem。3.将模式从Geometry更改为PLY Shape。4.在输出文件字段中，选择名称为oht_opti_ph1_sizing.35.smoothed.fem的原始位置。5.在smooth iterations字段中，输入20。6.在small region下，清除split disconnected和create geometry复选框。7.在Area ratio字段中，输入0.010。图15.smooth操作后的铺层11300视图（Laminate 1、铺层1、形状3）
