HyperWorks在優(yōu)化設(shè)計中常見的問題及解決方案（一）

2016-09-27 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

近些天,總有一些搞優(yōu)化設(shè)計研究的學者或工程師向我詢問用HyperWorks做結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的設(shè)置步驟、方法和注意事項。由于小碩在研究生期刊主要從事并聯(lián)機器人構(gòu)型的優(yōu)化設(shè)計研究,且在Altair公司從事過優(yōu)化設(shè)計的工作?，F(xiàn)將自己整理的關(guān)于HyperWorks的優(yōu)化問題進行羅列和分享。

問題一:在拓撲優(yōu)化中,是否可以通過 DRESP1卡片,在設(shè)計空間中增加應(yīng)力約束條件?

解答:通過 DRESP1 卡片進行局部應(yīng)力約束是非法的。拓撲優(yōu)化中設(shè)置應(yīng)力的方法有1)、在Topology面板的Parameter子面板設(shè)置;

2)、在Response面板下的響應(yīng)類型中有static stress中設(shè)置 ;

但方法1是對結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力的約束,在拓撲優(yōu)化設(shè)計中能用OptiStruct求解并不報錯;方法2是對結(jié)構(gòu)進行局部應(yīng)力的約束,在拓撲優(yōu)化設(shè)計中OptiStruct求解會報錯,因為此時在有限元中的剛度矩陣K是隨著材料的去除而在時時變化,并不是一個特定的矩陣。

問題二:在質(zhì)量/體積約束條件已經(jīng)存在的前提下,是否可以在其基礎(chǔ)上再增加全局應(yīng)力約束條件?

解答:我們不建議用戶同時使用質(zhì)量/體積約束和全局應(yīng)力約束條件。很多情況下,由于前者的存在,使得全局應(yīng)力約束條件往往得不到滿足。

問題三:在拓撲優(yōu)化階段,為什么我設(shè)置了全局應(yīng)力約束條件,在某些局部,應(yīng)力水平依然超過了全局應(yīng)力約束的要求?

解答:全局應(yīng)力約束亦是在優(yōu)化分析的過程中,將整體模型的應(yīng)力水平控制在一個合適的范圍中,在優(yōu)化結(jié)果中可能出現(xiàn)應(yīng)力水平依然超過全局應(yīng)力約束值,但這并不影響優(yōu)化結(jié)果。若在優(yōu)化問題中處理局部應(yīng)力集中問題,一般采用詳細設(shè)計階段的三大優(yōu)化方法,即尺寸優(yōu)化(size optimization),形狀優(yōu)化(shape optimization),自由形狀優(yōu)化(free shape optimization)以及這三者的結(jié)合應(yīng)用進行解決。在拓撲優(yōu)化的過程中,OptiStruct 將自動忽略那些人工引入的應(yīng)力集中問題,例如剛性連接(rigid connection),以及那些由于尖銳的幾何過渡導(dǎo)致的應(yīng)力集中問題。

問題四:在典型的航空/航天零部件產(chǎn)品:蒙皮+加強筋式的結(jié)構(gòu)中,執(zhí)行優(yōu)化設(shè)計的順序是怎樣的?

解答:優(yōu)化設(shè)計分為概念設(shè)計階段和詳細設(shè)計階段。其中,概念設(shè)計階段包括拓撲優(yōu)化設(shè)計、形貌優(yōu)化設(shè)計和自由尺寸優(yōu)化設(shè)計;詳細設(shè)計階段包括尺寸優(yōu)化設(shè)計、自由尺寸優(yōu)化設(shè)計和形狀優(yōu)化設(shè)計。在執(zhí)行優(yōu)化設(shè)計中,建議用戶先通過拓撲優(yōu)化(topology optimization)進行加強筋布局優(yōu)化,然后通過尺寸優(yōu)化(size optimization),優(yōu)化蒙皮及加強筋厚度。

問題五:在自由形狀優(yōu)化(free‐shape optimization)中,如何避免由于負雅各比值(negative jacobian)導(dǎo)致的求解失敗?

解答:事實上在自由形狀優(yōu)化的過程中,如果優(yōu)化問題設(shè)置適當,是極少遭遇由于負雅各比值導(dǎo)致的迭代失敗的。以下是一些建議,以避免出現(xiàn)上述情況:

1)、在進行優(yōu)化迭代之前,優(yōu)化網(wǎng)格質(zhì)量。

2)、在自由形狀優(yōu)化定義中,增大參數(shù) NSSMOOTH 的取值。

3)、為設(shè)計空間(design space)限制定義合理的取值。

4)、使用精確性優(yōu)先(optimized for accuraty)方法。

問題六:拓撲優(yōu)化是否對網(wǎng)格尺寸有特定的要求?

解答:基于密度法的拓撲優(yōu)化結(jié)果,其結(jié)果必然與網(wǎng)格尺度相關(guān)。較為精細的網(wǎng)格會帶來更為可靠的優(yōu)化結(jié)果。此外,巨大的網(wǎng)格會導(dǎo)致棋盤格現(xiàn)象(checkerboardding,即密度值在單元間急劇下降過渡)。較高的網(wǎng)格密度,使用二階單元,以及通過最小成員尺寸控制(minimum member size control)可以有效地防止棋盤格現(xiàn)象的發(fā)生。

問題七:有什么方法可以控制優(yōu)化迭代步長(optimizationstep size)?

解答:用戶可以通過改變擾動容限(move limits,即在每一步優(yōu)化迭代中允許設(shè)計變量擾動的最大幅度)的方式控制優(yōu)化迭代步長。在 OptiStruct 中,針對不同的優(yōu)化類型,定義的方式有些許的不同。用戶具體可以參考 DOPTPRM卡片中的 DELTOP 參數(shù),DELSHP 參數(shù),DELSIZ 參數(shù);以及在面對尺寸和形狀優(yōu)化問題中的 DESVAR 卡片。在HyperMesh 用戶界面中,該功能的具體路徑為:ANALYSISPAGE‐optimization panel‐opticontrol

問題八:如何進行OptiStruct 重啟動分析?

解答:如果希望繼續(xù)進行一個已有的 OptiStruct 作業(yè),用戶需要提交兩個文件: filename.fem 文件(輸入文件)以及 filename.sh 文件(包括在上一次分析最后一步迭代結(jié)束時,設(shè)計變量的更改情況)。重啟動 OptiStruct中的restart進行重新求解即可。

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