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在拓扑优化中的应用模式组重复-OS-T：2050

文摘   2024-11-10 08:00   重庆  
您的每一次点赞和在看，都是对我创造的认可和鼓励，更是激励我不断前行、持续更新内容的强大动力。您的支持是我不懈追求卓越和创新的源泉。
模式重复（Pattern Repetition）是OptiStruct中的一种制造约束，它在拓扑优化中非常重要，因为它可以确保设计在多个区域中保持一致的几何特征。这对于需要在多个位置复制相同或相似结构特征的零件尤其有用。
在飞机机翼支架的优化中，模式重复可以这样应用：假设机翼上有多组相同的支架结构，我们可以在OptiStruct中定义一个主区域（Master Region），该区域的优化结果将作为参考。然后，我们可以定义多个从区域（Slave Regions），这些区域在优化过程中将复制主区域的拓扑特征。通过这种方式，可以确保所有支架具有相同或类似的材料分布和结构特征，从而保证了机翼的整体性能和一致性。
模式重复的必要性在于：
1. 保证一致性：确保所有重复的部件在材料使用和力学性能上保持一致。
2. 提高效率：通过复制一个区域的优化结果，减少了对每个区域单独进行优化的计算成本。
3. 简化制造：重复的设计可以简化制造过程，因为可以使用相同或类似的工具和模具来制造多个部件，对于制造工艺也能减轻工艺仿真的工作量。
在本教程中，您将使用pattern repeat执行拓扑优化。
在开始之前，请将本教程中使用的文件复制到您的工作目录。
http://majorv.help.altair.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS-T-2050/no_repeat.zip
本教程中使用的模型是一个矩形板，其一个边上的力集中，另一个边上有两个约束。另外两个矩形板的缩放尺寸分别为原始板的0.6 和0.3，力和边界条件施加在不同方向上，以突出有和没有图案重复的拓扑结果之间的差异。
本教程的目标是最小化单个SUBCASE的柔度。设计空间的体积分数限制为0.3。设计空间是三个板块。
图1.
一、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件
1.启动HyperMesh。
此时将打开User Profile对话框。
2.选择OptiStruct，然后单击OK。
这将加载用户配置文件。它包括相应的模板、宏菜单和导入阅读器，将HyperMesh的功能缩减为与生成OptiStruct模型相关的功能。
二、导入模型
1.点击File>Import>Solver Deck。
导入选项卡将添加到您的选项卡菜单中。
2.对于File type，选择OptiStruct。
3.选择文件图标。    
此时将打开Select OptiStruct文件Browser。
4.选择保存到工作目录的no_repeat.fem文件。
5.单击Open。
6.单击Import，然后单击Close以关闭Import选项卡。
三、设置优化
1          

 

2          

 

3          

 

3.1创建Topology Design variables
1.在Analysis页面中，单击optimization。
2.单击topology。
3.选择create子面板。
4.在desvar= 字段中，输入dv1。
5.将type： 设置为PSHELL。
6.使用props选择器，选择first。
7.单击create。
8.更新设计变量的参数。
a)选择parameters子面板。
b)将minmemb off切换为mindim=，然后输入2.0。
c)单击update。
9.重复上述步骤，为第二个和第三个component创建标记为dv2 和dv3 的设计变量。
10.单击return。
3.2创建优化响应
1.在Analysis页面中，单击optimization。
2.单击Responses。
3.创建体积分数响应。
a)在responses= 字段中，输入Volfrac。
b)在响应类型下方，选择volumefrac。
c)将区域选择设置为total和no regionid。
d)单击create。
4.创建柔度响应。
a)在response=字段中，输入comp。
b)在响应类型下方，选择compliance。
c)将区域选择设置为total和no regionid。
d)单击create。
5.单击return返回Optimization面板。  
3.3创建设计约束
1.单击dconstraints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。
5.单击create。
6.单击return返回Optimization面板。
3.4定义目标函数
1.单击objective面板。
2.验证是否选择了min。
3.单击response=并选择comp。
4.使用loadsteps选择器，选择sub。
5.单击create。
6.单击return两次以退出Optimization面板。
四、运行优化
1.在Analysis页面中，单击OptiStruct。
2.单击save as。
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no_repeat_opt。
对于OptiStruct求解器模型，建议使用.fem扩展名。
4.单击Save。
input file字段显示在Save As对话框中指定的文件名和位置。
5.将导出选项切换设置为all。
6.将run options切换设置为optimization。
7.将内存选项切换设置为memory default。
8.单击OptiStruct运行优化。
作业完成时，窗口中会显示以下消息：
OPTIMIZATION HAS CONVERGED.
FEASIBLE DESIGN (ALL CONSTRAINTS SATISFIED).
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no_repeat_opt.out文件，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。
9.单击Close。    
五、查看结果，无需重复模式
在此步骤中，您将查看单元密度的Iso值图。
1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。
HyperView在HyperMesh Desktop中启动，并加载与no_repeat_opt_des.h3d文件链接的会话文件no_repeat_opt.mvw。
2.在Results工具栏上，单击以打开ISO面板。
3.在Result type下，选择Element Densities（s）。
4.在Animation工具栏上，单击 以从Simulation列表中选择最后一个迭代。
5.单击Apply。
6.更改密度阈值。
a)在Current value字段中，输入0.4。
b)在Current value下，移动滑块。
7.将Show values设置为Above。
8.在Clipped geometry下，选择Features和Transparent。
将显示等值面图。密度大于0.4 的Element以颜色显示，其余Element为透明。
图2.
9.在Page Controls工具栏上，单击Delete Page图标以删除HyperView页面。
图3.    
六、设置Pattern Repetition
在此步骤中，您将在HyperMesh中定义模式重复卡片。
1.选择节点。
a)在Tool页面中，单击numbers面板。
b)单击nodes>by id，然后在id=字段中输入1329、66、6、46、507、447、487、928、892、948。
使用逗号分隔值。
c)单击on。
d)单击return退出Numbers面板。
将显示所选节点的编号。
2.仅显示Component。
a)在菜单栏中，单击View>Browsers>HyperMesh>Mask以打开Mask Browser。
b)在Mask Browser的Isolate列中，单击1以仅显示Component。
图4.
3.在Analysis页面中，单击optimization面板。
4.单击topology面板。
5.选择pattern repetition子面板。
6.创建主DTPL卡。
a)双击desvar=并选择dv1。
b)将开关设置为main。
c)从system切换到coordinates。
d)使用第一个选择器，选择节点ID 6。
e)使用第二个选择器，选择节点ID 46。
f)使用第三个选择器，选择节点ID 1329。
g)使用锚点选择器，选择节点ID 66。
h)单击update。    
7.创建辅助DTPL卡。
a)双击desvar=并选择dv2。
b)将开关设置为secondary。
c)将main= 设置为dv1。
d)对于sx=，输入0.6;对于sy=，输入0.6;对于sz=，输入1.0。
e)从system切换到coordinates。
f)使用第一个选择器，选择节点ID 447。
g)使用第二个选择器，选择节点ID 487。
h)使用第三个选择器，选择节点ID 1329。
i)使用基准点选择器，选择节点ID 507。
j)单击update。
8.创建辅助DTPL卡。
a)双击desvar=并选择dv3。
b)将开关设置为secondary。
c)将main= 设置为dv1。
d)对于sx=，输入0.3;对于sy=，输入0.3;对于sz=，输入1.0。
e)从system切换到coordinates。
f)使用第一个选择器，选择节点ID 892。
g)使用第二个选择器，选择节点ID 928。
h)使用第三个选择器，选择节点ID 1329。
i)使用基准点选择器，选择节点ID 948。
j)单击update。
9.单击return两次。
您已将ID为1（在第一个component上）的第一张DTPL卡确定为主卡，将ID2（第二个component）和ID 3（第三个component）的DTPL标识为辅助卡，它们取决于ID1 的DTPL。第二个分量在x轴和y轴上都缩放了0.6，而第三个分量在x轴和y轴上相对于第一个分量都缩放了0.3。
七、运行优化
1.在Analysis页面中，单击OptiStruct。
2.单击save as。
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repeat_opt。
对于OptiStruct求解器模型，建议使用.fem扩展名。
4.单击Save。    
input file字段显示在Save As对话框中指定的文件名和位置。
5.将导出选项切换设置为all。
6.将run options切换设置为optimization。
7.将内存选项切换设置为memory default。
8.单击OptiStruct运行优化。
作业完成时，窗口中会显示以下消息：
OPTIMIZATION HAS CONVERGED.
FEASIBLE DESIGN (ALL CONSTRAINTS SATISFIED).
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repeat_opt.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。
9.单击Close。
八、查看pattern repeat的结果
在此步骤中，您将查看单元密度的Iso值图。
1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。
HyperView在HyperMesh Desktop中启动，并加载与repeat_opt_des.h3d文件链接的会话文件repeat_opt.mvw。
2.在Results工具栏上，单击 以打开ISO值面板。
3.在Result type下，选择Element Densities（s）。
4.在Animation工具栏上，单击 以从Simulation列表中选择最后一个迭代。
5.单击Apply。
6.更改密度阈值。
a）在Current value字段中，输入0.38。
b）在Current value下，移动滑块。
7.将Show values设置为Above。
8.在Clipped geometry下，选择Features和Transparent。
将显示等值面图。密度大于0.38 的Element以颜色显示，其余Element为透明。    
图5.
9.在Page Controls工具栏上，单击Delete Page图标以删除HyperView页面。
图6
         

 

    
TodayCAEer
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