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结构优化概述

文摘 2024-12-05 23:41 安徽

在ANSYS Workbench中，Structural Optimization（结构优化）是一种用于优化改进结构设计性能和效率的分析技术，通过调整模型的几何形状、密度分布或其他参数，以满足特定的设计目标或约束条件。

ANSYS Workbench中的结构优化分析主要包括以下几种方法，

1、拓扑优化（Topology Optimization）

拓扑优化是一种基于数学算法的设计方法，优化材料在给定设计空间中的分布，从而实现性能与质量的最优组合，生成具有创新性和轻量化的结构形式。常用于早期概念设计阶段，减轻重量、提高刚度、优化材料使用，用于生成创新的结构概念，输出结果通常为优化后的材料分布，需进一步细化为可制造的几何形状。

对于拓扑优化，主要有两种方法，

1）Density Based Optimization （基于密度的优化）

该方法根据模型中每个单元的密度执行优化。它采用固体各向同性材料惩罚模型（SIMP，优化中常用的密度-刚度插值模型，该模型假设材料密度在单元内为常数并以此为设计变量），其中密度强制为0或1，而不是连续的变化。

2）Level Set Based Optimization（基于水平集的优化）

该方法直接处理优化过程中形状的边界，它是一种物理驱动的优化，基于单个先前分析或多个先前分析提供的一组载荷和边界条件。使用此方法，程序可以在设计域中计算出一个最佳形状，该形状可以应用于模型的选定区域，并且可以包括特定的设计目标和约束条件。

2、Lattice Optimization（晶格优化）

该方法能够计算几何中最优的可变密度晶格分布。是一种用于生成轻量化、高效结构的优化方法，尤其适用于增材制造领域。通过优化材料分布和晶格参数，在保持或改善结构性能的同时实现轻量化设计。特别适用于轻量化设计。

3、Shape Optimization（形状优化）

该方法能够通过变形网格来优化模型的形状。与拓扑优化相反，该方法不允许更改拓扑。核心是通过修改结构表面或边界的形状来优化性能，而不是改变内部材料分布或拓扑结构。特别适用于减少应力集中、提高疲劳寿命、降低变形等目标。

参考资料：ANSYS HELP-Structural Optimization Analysis

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