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晶格优化

文摘 2024-12-13 23:38 安徽

前面介绍了基于密度的拓扑优化方法和基于水平集的拓扑优化，本节接着讨论晶格优化，分析流程大体相似。

ANSYS Workbench中晶格优化（Lattice Optimization）是一种结构优化方法，旨在通过生成轻量化且高效的晶格结构来满足强度、刚度等性能要求，同时减轻材料使用和生产成本。这种方法广泛应用于增材制造（如3D打印）、航空航天、汽车制造等领域。

1、建立基础模型

同样，晶格优化方法仅支持 3D 网格进行优化，这里建模三维实体，尺寸25mm*25mm*125mm，默认材料为钢。

2、静力学分析

为几何模型生成网格。采用单元尺寸2.5mm。

左侧端面固定支撑，右侧端面受竖直向下3000N的力。

在上述有限元模型基础上进行一次静力分析，验证和确保载荷和边界条件定义正确。

3、晶格优化

1）插入优化分析模块

操作流程详见基于密度的拓扑优化。

2）定义优化区域（Optimization Region）

这里优化区域默认不包括边界条件位置，采用晶格优化方法。

晶格类型选默认的立方体。晶格类型包括如下形式。

3）定义目标函数（Objective）

这里采用默认的Minimize Compliance（最小化柔度，最大化结构刚度），目标是提高结构的刚度。

4）定义约束条件（Response Constraint）

添加约束条件，这里默认采用保留质量分数（Mass Fraction），设定目标质量比例50%，以达到保证结构刚度的前提下，同时缩减结构质量。

4、晶格优化分析

执行晶格优化分析后，可以通过Lattice Density可以查看晶格密度分布。该分析结构不是很直观，后续导入SpaceClaim处理模型，可直观地显示分析结构。

5、后处理及优化建模

如下所示，插入几何模型模块，并将晶格优化的结果拖入几何模型模块上，并更新该几何模型模块。

使用SpaceClaim打开几何模型，并选中实体，依次点选Facets-Shell。

如下依次设置并确认。

可以看出，结构质量大大减小。

个人学习、工作经验记录和分享。如果对您有帮助，感谢帮忙关注、转发和宣传。

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