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,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)設計。其主體思想是把尋找結構最優(yōu)化的拓撲問題轉化為給定設計區(qū)域尋求最優(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. 基礎模型的分析結果

圖4 基礎模型的Mises應力云圖

4. 創(chuàng)建優(yōu)化任務

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)化任務對話框中選擇拓撲優(yōu)化任務,并編輯優(yōu)化任務,凍結載荷和邊界區(qū)域,如圖5所示。

圖5創(chuàng)建設計響應

5.優(yōu)化任務定義

單擊工具欄中的創(chuàng)建設計響應工具,選擇Single-term。分別創(chuàng)建應變能設計響應、中點位移設計響應以及體積的設計響應,如圖6所示。

圖6 創(chuàng)建設計響應

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)設置為應變能最小,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)化進程及結果

進入Job模塊,單擊工具欄中的創(chuàng)建優(yōu)化進程工具,設置最大循環(huán)次數(shù)為50。

模型計算了29次后結束,下圖為優(yōu)化過程中一些典型拓撲結果。

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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