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在Hyperworks Optistruct中通過加權系數進行拓撲和形貌的聯合優化

2019年08月24日 17:03:33 CAE 暫無評論 閱讀 0 views 次

本文以一個磁頭懸臂為例,介紹在Hyperworks OptiStruct中利用拓撲和形貌聯合優化的方法。綜合考慮靜力學和模态分析兩種工況,通過優化提高磁頭懸臂剛度并減少其重量。

實例來自幫助文檔\tutorials\hwsolvers\optistruct\combined.fem,磁頭懸臂的有限元模型如下所示,已經創建了靜力學和模态分析兩種工況。

優化問題定義如下:

(1)設計目标:加權應變能(柔度)和加權模态最小化;

(2)設計約束:第七階模态頻率大于12Hz;

(3)設計變量:單元密度和節點形貌;

1、設置拓撲優化的設計空間

進入 topology面闆,創建設計變量pin,在props中選擇1pin,将type設為PSHELL。确保基本厚度( base thickness)為默認0.0。

然後再創建設計變量bend,props選擇3bend,将type設為PSHELL ,并确保基本厚度( base thickness)為0.0。

2、設置形貌優化設計空間

進入topography面闆,創建設計變量tpg。在props中選擇1pin和3bend。

選擇 bead params子面闆,在 minimum width=處輸入0.4,在 draw angle=處輸入60,在 draw height=處輸入0.15。将draw direction切換到 normal to elements。将boundary skip切換到load&spc。勾選 buffer zone,單擊update更新設計變量。

下面,将筋設置為相對1-plane(1平面)對稱布置,該情況筋布置最簡單,同時能夠對稱。

進入 pattern grouping子面闆,将 pattern type設為1-plane sym。單擊anchor node,選擇下圖所示左側中間的節點(編号41),單擊first node,選擇下圖所示左側下部的節點(編号53),單擊 update更新數據。

選擇bounds子面闆,設置參數為upper bound=1.0, lower bound=0.0,單擊update更新數據。

3、創建響應

該問題是一個線性靜态和模态的聯合分析,目的是使兩種工況下的結構剛度最大,并提高頻率,另外對第七階模态頻率進行約束。需定義兩個響應:組合響應comb和頻率響應frq。

進入responses面闆,response=處輸入feq,response type設為 frequency,在mode number處輸入7,點擊create創建frq響應。

在response=處輸入comb,response type設為compliance index,在loadsteps中選擇force工況,将用于定義歸一系數的選項切換為autoform,在右側輸入模态階數和相關權重,如下所示。點擊Create創建組合響應comb。

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