拓扑优化以材料分布为优化对象,在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。拓扑优化相对于尺寸优化和形状优化,具有更多的设计自由度,能够获得更大的设计空间,是结构优化最具发展前景的方面。
电动汽车白车身拓扑优化
利用Solidworks、UG等三维建模软件构建初始结构,另存为x_t、stp等中间格式。打开Ansys Workbench,创建拓扑优化项目流程图。进入DM界面,导入几何模型。
Step 2:进行静力(模态)分析
拓扑优化在静力或模态分析之后进行,静力学分析可以了解产品的静态性能,而模态分析则可以了解产品的动态性能,如振动特性、疲劳寿命等。具体操作参见前期文章:ANSYS Workbench线性结构静力分析实例操作、干货 | ANSYS Workbench模态分析。
1) 单击模型树中的Topology Optimization —> Analysis Settings,在下方面板的Definition中分别设置最大迭代次数(Maximum Number of Iterations,如500)、Minimum Normalized Density(如0.001)、Convergence Accuracy(如0.1%)。
2) 依次单击设置Topology Optimization下的优化变量Optimization Region、目标函数Objective(质量Mass、体积Volume、柔度Compliance、固有频率Natural Frequency)、约束条件Response Constraint(质量、体积、应力、位移、固有频率等)以及制造约束Manufacturing Constraint。
右击模型树中的Topology Optimization,选择Solve,进行求解计算。右击Solution—>Insert—>Topology Density,右击Solution选择Equivalent All Results求解计算,点击Topology Density查看优化结果,并通过修改下方列表Definition中的阀值Retained Threshold(数值越小越苗条),获得较为理想的优化模型。
拓扑优化得到的几何模型,一般不能直接用于生产制造,因此通常需要结合加工工艺对其进行重构。具体参见前期文章:Workbench携手Solidworks,轻松搞定拓扑优化模型重构!
Step 6:验证优化模型