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使用Hyperworks Optistruct進行拓撲優化時的注意事項

2019年08月05日 21:21:43 CAE 暫無評論 閱讀 0 views 次

1、可以通過DTPL或DSIZE卡片中可擴展選項 STRESS定義 Von Mises應力的約束。有很多關于該約束的限制:

(1)定義的應力約束受限于單一的 Von Mises許可應力。當在結構中存在具有不同許可應力的材料時,肯定會出現異常拓撲現象。異常拓撲是指與應力約束的條件本質相關的問題,也就是,當單元消失時,單元的應力約束也就消失了。這将産生另外的問題,由于存在很多縮減的問題,基于梯度的優化程序不能在全局設計空間中找到解決方案。

(2)不允許對結構的局部區域進行應力約束,因為随着局部區域的消失,所有的應力約束都将移除,常會産生一個病态優化問題。所以,當應力約束施加于包括設計區域和非設計區的整個模型時才有效。在所有的DSIZE和DTPL卡片中,應力約束設置必須一緻。

(3)嵌入的程序能夠過濾掉載荷施加點和邊界約束點處的人為應力集中。由于幾何邊界而産生的應力集中也将在一定程度上被過濾掉,因為通過局部形狀優化能更有效地提高。

(4)由于在大量單元上施加了應力約束,在.out文件的保留約束表格中沒有給出單元應力報告。用戶可以在 HyperView或 HyperMesh中查看模型的應力狀态疊代曆程。

(5)應力約束不能施加到1D單元。

(6)當模型中有強迫位移時,不能使用應力約束。

2、MINDIM的推薦值最小是平均單元尺寸的3倍,最大為12倍,可以在這個範圍内選擇。當激活了模式組、拔模方向或擠壓約束,強制MINDIM值為3倍的平均單元尺寸。如果用戶設定的值小于該值,則由該值取代。在MINDIM大于12倍平均單元尺寸的情況下,不論是否定義加工約束,該值都将重置為等同12倍平均單元尺寸的值。

如果定義了MINDIM,但沒定義加工約束,當PTYPE= PSHELL或 PSOLID時,就算定義值小于推薦值,它也不會重置為推薦的下限值;當PTYPE= PCOMP時,即使加工約束,MINDIM也将重置。

3、MAXDIM值應該至少為MINDIM值的兩倍,如果 MAXDIM的值小于平均單元邊長的6倍,則 Optistruct将因錯終止。

MAXDIM的約束在設計問題中引入了有效限制。所以,隻有它作為一個必要的設計要求時,才需要。為了對比該附加約束的作用,應實施沒有 MAXDIM的研究。

MAXDIM意味着應用與 MAXDIM值相同的MINGAP約束。因此,為了使 MINGAP更有效,它需要比 MAXDIM更大。

在MAXDIM定義時,應該注意體積分數低于50%體積約束, MINGAP增加将導緻體積進一步減小。

4、可聯合拔模方向或擠壓加工約束使用“MTYP"ALIGN"”,用于指出沿着拔模方向或擠壓路徑對齊網格。如下圖所示,沿着拔模方向1而不是拔模方向2對齊mesh1。(關于Optistruct中拔模方向工藝約束的介紹可參考文章《Hyperworks OptiStruct結構拓撲優化的拔模方向工藝約束》。)

用戶可聯合加工約束(最小成員、最大成員、模式組及模式重複)使用“MTYP"ALIGN"”,而不是拔模方向及擠壓,也可考慮為這些加工約束對齊Mesh1。

在這兩種情況下,将使 OptiStruct使用更小的最小成員尺寸和最大成員尺寸。默認的最小成員尺寸是平均單元尺寸的3倍,在網格對齊情況下,默認尺寸可以是平均單元尺寸的2倍。如上圖所示,Mesh2沒有對齊。(關于Optistruct中最大、最小成員尺寸的介紹可參考文章《Hyperworks OptiStruct結構拓撲優化的最小成員尺寸和最大成員尺寸工藝約束》。)

5、隻有對于單一薄闆,沖壓約束才有效,通過聯合 STAMP和DTYP定義單向沖壓。沖壓厚度 TSTAMP推薦選擇不小于3倍的平均單元尺寸。如果定義的TSTAMP值小于最小推薦值,則将重置TSTAMP為最小推薦值。

聯合STAMP和NOHOLE有利于産生一個持續散布的殼結構。注意應關注厚度和目标體積的兼容性。

6、擠壓約束不能聯合拔模方向約束一起使用。

7、模式重複允許關聯設計域中的相似區域,使得産生相似的拓撲分布。通過定義Master和Slave區城來實現。一個DTPL卡片應該隻包含一個MASTER标記或SLAVE标記。在包含 SLAVE标記的任何DTPL卡片中不能導出參數。對于Master和Slave區域,都需要定義由标記COORD描述的模式重複坐标系。為使用對稱,坐标系可能是左手定則或右手定則的笛卡爾坐标系。坐标系可以通過下面列出的按照優先順序排列的兩種方法之一來定義。

(1)定義4個點,下面利用這些點來定義坐标系(它是為定義左手定則坐标系的位移方法):

-從固定點指向第一點的向量定義為x軸。

-第二點位于x-y平面,表明了y軸正向。

-第三個點定義z軸正向。

(2)定義直角坐标系和個固定點。如果隻定義了一個固定點,則假定使用全局坐标系。

-多個 Slaves可參照相同的 Master。

-可為Slave區域定義縮放系數,允許調整Master的布局。

8、模式組隻适用于PCOMP、 PSHELL和 PSOLID組件。

9、由于曆史原因,标記SYMM可取代标記 PATRN使用。

10、模式組現在有6個選項。(關于Optistruct中對稱工藝約束的介紹可參考文章《Hyperworks OptiStruct結構拓撲優化的對稱工藝約束》。)

(1)plane symmetry(TYP=1):該類模式組需要定義固定點和第一點。從固定點指向第一點形成的向量垂直于中間平面;

(2)plane symmetry(TYP=2):該類模式組需要定義固定點、第一點和第二點。從固定點指向第一點形成的向量垂直于第中間平面。第二點沿法向投影到第一中間平面。從固定點指向投影點形成的向量垂直于第二中間平面;

(3)plane symmetry(TYP=3):該類模式組需要定義固定點、第一點、第二點和第三點。從固定點指向第一點形成的向量垂直于第一中間平面。第二點沿法向投影到第一中間平面。從固定點指向投影點形成的向量垂直于第二中間平面。第三對稱面過固定點,并垂直于已定義的第一和第二中間平面。

(4)Uniform(TYP=9):該類模式組不需要定義任何附加輸入。

(5)Cyclic(TYP=10):該類模式組需要定義固定點,第一點和周期重複個數。從固定點指向第一點形成的向量定義對稱軸。

(6)Cyclic with symmetry(TYP=11):該類模式組需要定義固定點、第一點、第二點和周期重複個數。從固定點指向第一點形成的向量定義對稱軸。固定點、第一點和第二點全部散布在中間平面上中間平面位于每個周期重複的中心。

參考文獻

【1】歐賀國,方獻軍,洪清泉編著,RADIOSS理論基礎與工程應用,北京:機械工業出版社,2013.3

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