ansys如何删除线_ANSYS拓扑优化设计概述

拓扑优化的主要步骤

拓扑优化是指形状优化，有时也称为外型优化。拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案。这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计。与传统的优化设计不同的是，拓扑优化不需要给出参数和优化变量的定义。目标函数、状态变量和设计变量(参见“优化设计”一章)都是预定义好的。用户只需要给出结构的参数(材料特性、模型、载荷等)和要省去的材料百分比。拓扑优化的目标——目标函数——是在满足结构的约束(V)情况下减少结构的变形能。减小结构的变形能相当于提高结构的刚度。这个技术通过使用设计变量给每个有限元的单元赋予内部伪密度来实现。这些伪密度用PLNSOL，TOPO命令来绘出。拓扑优化包括如下主要步骤：

1. 定义拓扑优化问题。

2. 选择单元类型。

3. 指定要优化和不优化的区域。

4. 定义和控制载荷工况。

5. 定义和控制优化过程。

6. 查看结果。

拓扑优化的细节在下面给出。关于批处理方式和图形菜单方式不同的做法也同样提及。

拓扑优化问题的定义

定义拓扑优化问题同定义其他线性，弹性结构问题做法一样。用户需要定义材料特性(杨氏模量和泊松比)，选择合适的单元类型生成有限元模型，施加载荷和边界条件做单载荷步或多载荷步分析。

• 选择单元类型

拓扑优化功能可以使用二维平面单元，三维块单元和壳单元。要使用这个功能，模型中只能有下列单元类型：二维实体单元：SOLID2和SOLID82三维实体单元：SOLID92和SOLID95壳单元：SHELL93二维单元用于平面应力问题。

• 指定要优化和不优化的区域

只有单元类型号为1的单元才能做拓扑优化。可以使用这种限制控制模型优化和不优化的部分。例如，如果要保留接近圆孔部分或支架部分的材料，将这部分单元类型号指定为2或更大即可：…ET,1,SOLID92ET,2,SOLID92…TYPE,1VSEL,S,NUM,,1,,2     ！用这些单元划分的实体将被优化VMESH,ALLTYPE,2VSEL,S,NUM,,3       ！用这些单元划分的实体将保持原状VMESH,ALL…用户可以使用ANSYS的选择和修改命令控制单元划分和类型号定义。

• 定义和控制载荷工况

可以在单个载荷工况和多个载荷工况下做拓扑优化。单载荷工况是最简便的。要在几个独立的载荷工况中得到优化结果时，必须用到写载荷工况和求解功能。在定义完每个载荷工况后，要用LSWRITE命令将数据写入文件，然后用LSSOLVE命令求解载荷工况的集合。例如，下面的输入演示如何将三个载荷工况联合做一个拓扑优化分析。…D,10,ALL,0,,20,1    ！定义第一个载荷工况的约束和载荷NSEL,S,LOC,Y,0SF,ALLSELLSWRITE,1          ！写第一个载荷工况DDEL,SFDEL,NSEL,S,LOC,X,0,1D,ALL,ALL,0NSEL,ALLF,212,FXLSWRITE,2         ！写第二个载荷工况…LSWRITE,3         ！写第三个载荷工况…FINISH/SOLUTIONTOPDEF,10,3       ！定义优化的参数LSSOLVE,1,3,1     ！在拓扑优化前做所有三个载荷工况求解

控制优化进程

拓扑优化过程包括两部分：定义优化参数和进行拓扑优化。用户可以用两种方式运行拓扑优化：控制并执行每一次迭代，或自动进行多次迭代。ANSYS有三个命令定义和执行拓扑优化：TOPDEF，TOPEXE和TOPITER。TOPDEF命令定义要省去材料的量，要处理载荷工况的数目，收敛的公差。TOPEXE命令执行一次优化迭代。TOPITER命令执行多次优化迭代。

• 定义优化参数

首先要定义优化参数。用户要定义要省去材料的百分比，要处理载荷工况的数目，收敛的公差。命令：TOPDEFGUI：Main Menu>Solution>-Solve-Topological opt注：本步所定义的内容并不存入ANSYS数据库中，因此在下一个拓扑优化中要重新使用TOPDEF命令。

• 执行单次迭代

定义好优化参数以后，可以执行一次迭代。迭代后用户可以查看收敛情况并绘出或列出当前的拓扑优化结果。可以继续做迭代直到满足要求为止。如果是在GUI方式下执行，在Topological Optimization 对话框(ITER域)中选择一次迭代。命令：TOPEXEGUI：Main Menu>Solution>-Solve-Topological opt下面的例子说明了如何在拓扑优化中每次执行一次迭代：…/SOLUTIONTOPDEF,25,1         ！移去25%体积并处理一个载荷工况SOLVE              ！执行第一次应力分析TOPEXE             ！执行第一次拓扑优化迭代FINISH/POST1              ！进入后处理器PLNSOL,TOP0        ！画出优化结果*GET,TIPSRAT,TOPO,,CONV  ！读取拓扑收敛状态*STATUS,TOPSTAT    ！列表/SOLUTIONSOLVE               ！执行第二次应力分析TOPEXE              ！执行第二次拓扑优化迭代FINISH/POST1…TOPEXE的主要优点是用户可以设计自己的迭代宏进行自动优化循环和绘图。在下一节，可以看到TOPITER命令是一个ANSYS的宏，用来执行多次优化迭代。

• 自动执行多次迭代

在定义好优化参数以后，用户可以自动执行多次迭代。在迭代完成以后，可以查看收敛情况并绘出或列出当前拓扑形状。如果需要的话，可以继续执行求解和迭代。TOPITER命令实际是一个ANSYS的宏，可以拷贝和定制(见APDL Programmer’s Guide)。命令：TOPITERGUI：Main Menu>Solution>-Solve-Topological opt下面的例子说明了如何使用TOPITER宏执行多次迭代：…               ！定义并写第一个载荷工况LSWRITE…               ！定义并写第二个载荷工况LSWRITE…               ！定义并写第三个载荷工况LSWRITE…TOPDEF,80,3,.001  ！80%体积减少，3个载荷工况…                 0.001为收敛公差/DSCALE,,OFF    ！关闭形状改变/CONTOUR,,3     ！每次显示3个轮廓数值TOPITER,20,1     ！最大20次迭代。每次迭代求解并绘出…                 结果每次迭代执行一次LSSOLVE命令，一次TOPEXE命令和一次PLNSOL，TOPO显示命令。当收敛公差达到(用TOPDEF定义)或最大迭代次数(用TOPITER定义)达到时优化迭代过程终止。

 观察结果

拓扑优化结束后，ANSYS结果文件(Jobname.RST)将存储优化结果供通用后处理器使用。用户可以使用后面提到的后处理命令。要得到更详细的信息，请查阅ANSYS Commands Reference或ANSYS Basic Analysis Procedures Guide第五章。要列出结点解和/或绘出伪密度，使用PRNSOL和PLNSOL命令的TOPO变量。要列出单元解和/或绘出伪密度，使用PLESOL和PRESOL命令的TOPO变量。可以使用ANSYS表格功能查看结果：ETABLE,EDENS,TOPOPLETAB,EDENSPRETAB,EDENSESEL,S,ETAB,EDENS,0.9,1.0EPLOT要查看最近(最后一次迭代)的收敛情况和结构变形能，使用*GET命令：*GET,TOPCV,TOP0,,CONV         ！如果TOPCV=1(收敛)*GET,ECOMP,TP0,,COMP          ！ECOMP=变形能

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