搜索Abaqus拓撲優(yōu)化實例
2017-09-24 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
拓撲優(yōu)化是在優(yōu)化迭代循環(huán)中,以最初模型為基礎(chǔ),在滿足優(yōu)化約束(比如最小體積或最大位移)的前提下,不斷修改指定優(yōu)化區(qū)域單元的材料屬性(單元密度和剛度),有效的從分析模型中移走單元從而獲得最優(yōu)設(shè)計。其主體思想是把尋找結(jié)構(gòu)最優(yōu)化的拓撲問題轉(zhuǎn)化為給定設(shè)計區(qū)域?qū)で笞顑?yōu)材料分布的問題。下面以一個簡單的實例展示拓撲優(yōu)化在Abaqus中實現(xiàn)的主要流程。
1. 模型的描述
模型為橫梁,長50mm,高15mm,厚1mm。材料為低碳鋼,密度7.9e-t/mm3,彈性模量2e5,泊松比0.3。優(yōu)化的目標:求在體積減少50%的情況下,按照應(yīng)變能最小,進行拓撲優(yōu)化。
圖1 模型示意圖
2. 有限元模型的建立
建模時,采用2D的Shell模型,用平面應(yīng)力單元進行網(wǎng)格劃分,并創(chuàng)建一個靜態(tài)分析步。
邊界:橫梁上邊左右兩端點為固定支撐,如圖2所示
載荷:下邊線中點受集中力F=10N,如圖3所示。
圖2 橫梁上邊兩端點固支約束
圖3 橫梁下邊中點受向下10N載荷
3. 基礎(chǔ)模型的分析結(jié)果
圖4 基礎(chǔ)模型的Mises應(yīng)力云圖
4. 創(chuàng)建優(yōu)化任務(wù)
進入Abaqus的優(yōu)化模塊,單擊工具欄中的創(chuàng)建優(yōu)化工具,在彈出的優(yōu)化任務(wù)對話框中選擇拓撲優(yōu)化任務(wù),并編輯優(yōu)化任務(wù),凍結(jié)載荷和邊界區(qū)域,如圖5所示。
圖5創(chuàng)建設(shè)計響應(yīng)
5.優(yōu)化任務(wù)定義
單擊工具欄中的創(chuàng)建設(shè)計響應(yīng)工具,選擇Single-term。分別創(chuàng)建應(yīng)變能設(shè)計響應(yīng)、中點位移設(shè)計響應(yīng)以及體積的設(shè)計響應(yīng),如圖6所示。
圖6 創(chuàng)建設(shè)計響應(yīng)
6. 創(chuàng)建目標函數(shù)
單擊工具欄中的創(chuàng)建目標函數(shù)工具,并編輯目標函數(shù),目標函數(shù)設(shè)置為應(yīng)變能最小,如圖7所示。
圖7創(chuàng)建目標函數(shù)
7. 創(chuàng)建約束
單擊工具欄中的創(chuàng)建約束工具,在彈出的對話中,對中點位移和體積進行約束,如圖8所示。
圖8 創(chuàng)建約束
8. 創(chuàng)建優(yōu)化進程及結(jié)果
進入Job模塊,單擊工具欄中的創(chuàng)建優(yōu)化進程工具,設(shè)置最大循環(huán)次數(shù)為50。
模型計算了29次后結(jié)束,下圖為優(yōu)化過程中一些典型拓撲結(jié)果。
第四次循環(huán)后
第十二次循環(huán)后
第二十九次循環(huán)后
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