【文章內(nèi)容簡介】 ET ADDED BY THE OPTIMIZATION SYSTEM**重新定義單元集*ELSET, ELSET=EL_P1_M39608, ** NEW PROPERTY ADDED BY THE OPTIMIZATION SYSTEM**對單元集賦予新的材料*SHELL SECTION, ELSET=EL_P1_M39, MATERIAL=OPT_39, 5**** NEW MATERIAL ADDED BY THE OPTIMIZATION SYSTEM**新添加的材料屬性*MATERIAL, NAME=OPT_39**新的密度*DENSITY, , **新的彈性模量*ELASTIC, TYPE=ISOTROPIC, , **新的塑性應(yīng)變應(yīng)力數(shù)據(jù)*PLASTIC, HARDENING=ISOTROPIC, , , , , , ……**，在滿足強度要求的同時，把體積減少了48%。此外，為了加工制造方便，可加入平面對稱限制條件，讓優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)具有對稱性。 汽車擺臂的拓?fù)鋬?yōu)化本例以圖1220的汽車擺臂作拓?fù)鋬?yōu)化對象，在滿足性能的前提下，最輕化結(jié)構(gòu)。 問題描述此汽車擺臂的有限元模型見圖1220，所用材料為剛材，此模型是小應(yīng)變，僅設(shè)置線性材料，^3，楊氏模量200000MPa。此有限元模型，設(shè)置了3步線性靜力分析步，即3個工況；分別Coupling相應(yīng)節(jié)點到參考點上(A、B、C、D)。邊界條件：約束B點的Y、Z自由度，C點的X、Y、Z自由度，D點的Z自由度；集中力加載：在3分析步，分別對A點加載X、Y、Z方向的1000N集中力；優(yōu)化目標(biāo)：最小化體積；約束條件：在3分析步，；設(shè)計變量：設(shè)計區(qū)域中的單元密度。圖 1220 汽車擺臂的有限元模型 初始設(shè)計分析，并提交求解。查看位移云圖如圖1221，可大概了解結(jié)構(gòu)的加載變形情況。查看應(yīng)力云圖如圖1222，可知近藍色區(qū)域應(yīng)力值幾乎為0，即其對結(jié)構(gòu)強度并無貢獻，也正是拓?fù)鋬?yōu)化需要刪除的區(qū)域。圖 1221 原始模型位移云圖圖 1222 原始模型應(yīng)力云圖 優(yōu)化設(shè)置，CAE界面切換到優(yōu)化模塊以進行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計。l 創(chuàng)建優(yōu)化任務(wù)從菜單欄Task224。Create224。Topology optimization，Advanced：General optimization。選擇單元集SetDESIGN做設(shè)計區(qū)域，創(chuàng)建優(yōu)化任務(wù)TaskCarm。設(shè)置和圖1210一致。l 創(chuàng)建設(shè)計響應(yīng)從菜單欄：Design Response224。Create224。Singleterm。體積響應(yīng)：選擇整個模型創(chuàng)建體積（Volume）響應(yīng)，和圖1211一致，對區(qū)域內(nèi)單元體積的計算默認(rèn)即為：Sum of values。第1step的位移響應(yīng)：如圖1223，跟蹤節(jié)點SetA在第1分析步中的Absolute Displacement最大值。圖 1223 Step1_Xforce分析步中A點最大位移響應(yīng)同理，創(chuàng)建第2和第3分析步中的A點最大位移值響應(yīng)，僅圖1223示中第5處不同。創(chuàng)建完成的1個體積響應(yīng)和3個位移響應(yīng)，如圖1224所示。圖 1224 完成后的全部響應(yīng)l 創(chuàng)建目標(biāo)函數(shù)從菜單欄：Objective Function224。Create，命名為ObjectiveminVolume，如圖1225最小化體積設(shè)計響應(yīng)作優(yōu)化目標(biāo)。l 創(chuàng)建約束從菜單欄：Constraint224。Create。創(chuàng)建節(jié)點A響應(yīng)DResponse1step_disp的約束Constraint1step_disp，即約束節(jié)點A在第1分析步中的位移，如圖1226所示。同理，對DResponse2step_disp約束；對DResponse3step_disp約束 。3個約束設(shè)置完成，如圖1227所示。圖 1225 最小化體積目標(biāo)函數(shù)圖 1226 對DResponse1step_disp的約束圖 1227 位移響應(yīng)的約束l 創(chuàng)建幾何限制為了優(yōu)化后的零件便于鍛造，特對設(shè)計區(qū)域SetDESIGN加上幾何限制?？慑懺煨韵拗疲喝鐖D1228（a）創(chuàng)建幾何可鍛造性限制，從菜單欄：Geometric Restriction224。Create：Demold control。平面對稱限制：如圖1228（b）創(chuàng)建平面對稱限制，從菜單欄：Geometric Restriction224。Create：Planar Symmetry。對稱平面的坐標(biāo)可以是默認(rèn)的全局坐標(biāo)，因其原點就在A點。(a) 可鍛造性幾何限制(b)平面對稱幾何限制圖 1228 幾何限制 優(yōu)化結(jié)果l 創(chuàng)建并提交優(yōu)化進程切換到Job模塊，從菜單欄：Optimization 224。Create。創(chuàng)建名稱為OptprocessCarm的優(yōu)化進程，并默認(rèn)設(shè)置最大循環(huán)次數(shù)50作為全局終止條件。隨后從菜單欄：Optimization 224。Submit：OptprocessCarm，提交優(yōu)化進程。l 查看優(yōu)化結(jié)果從菜單欄：Optimization 224。Results：OptprocessCarm，進入后處理模塊。后處理模塊下，從工具箱中激活View cut，并打開View cut Manager，對Opt_Surface進行Cut操作，查詢優(yōu)化設(shè)計結(jié)果，如圖1229所示。圖 1229 優(yōu)化結(jié)果同時，輸出優(yōu)化進程中，目標(biāo)函數(shù)和約束值變化，操作如下：從工具箱（Create XY data：ODB history output），分別輸出目標(biāo)函數(shù)體積、約束A點位移變化曲線，整理后如圖1230，體積逐漸減小的情況下，A點在分析步。圖 1230 目標(biāo)函數(shù)體積和約束位移變化曲線查看如圖1231所示的第30次循環(huán)后優(yōu)化模型的位移及應(yīng)力云圖，與圖122圖1222作比較，其最大應(yīng)力增大少許，位移也在許可范圍內(nèi)。圖 1231 第30次優(yōu)化后的位移及應(yīng)力云圖（僅第3分析步）l 導(dǎo)出優(yōu)化的幾何切換到Job模塊，從菜單欄：Optimization 224。Extract：OptprocessCarm，可輸出Inp和STL格式。 Inp解釋說明請參考結(jié)果文件：X:\XXX\OptProcessCarm\。，在滿足強度要求的同時，把體積減少了33%，其中，為了便于加工制造，創(chuàng)建了可鍛造性及平面對稱限制條件。以上內(nèi)容，如有不明之處。 形狀優(yōu)化實例針對形狀優(yōu)化，主要是用在細(xì)節(jié)設(shè)計階段，小幅度提升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能。本節(jié)以折彎端子（Terminal）的正向力(Normal Force)分析為例，詳解形狀優(yōu)化。 問題描述端子件Terminal正向力分析有限元模型見圖1232，^3，楊氏模量131000MPa，屈服強度473MPa。此模型有2步非線性靜力分析步，3個Part（剛體Plug和Housing、變形體Terminal）。位移加載：第1步：，第2步：Plug返回到原位；邊界條件：完全約束Terminal根部邊，完全約束剛體Housing；優(yōu)化目標(biāo)：最小化最大應(yīng)變能密度；約束條件：體積不變； 設(shè)計變量：設(shè)計區(qū)域邊界節(jié)點移動。圖 1232 端子件正向力分析的有限元模型 初始設(shè)計分析，并提交求解。 查看位移、應(yīng)力云圖查看端子位移云圖，如圖1233，可知Plug返回原位后，端子的接觸點永久變形PD（Permanent deformation）=；查看端子應(yīng)力云圖，如圖1234，可知在Plug最大下壓位移時，端子有較大屈服區(qū)域，即應(yīng)力大于473Mpa的區(qū)域。 繪制力位移曲線創(chuàng)建Plug的力位移曲線：在后處理模塊下，點擊工具箱中的（Create XY Date224。ODB history out put），同時讀取Plug的Y位移U2和反力RF2。然后，Create XY Date224。Operate on XY data，用Combine(U2,RF2)函數(shù)生成圖1235所示的力位移曲線。從圖可知，最大Normal Force(NF) N， mm。圖 1233 Y位移云圖圖 1234 應(yīng)力云圖圖 1235 Plug力位移曲線 優(yōu)化設(shè)置，CAE界面切換到優(yōu)化模塊以進行形狀優(yōu)化設(shè)計。 創(chuàng)建優(yōu)化任務(wù)從菜單欄Task224。Create224。Shape optimization。選擇Terminal全部節(jié)點集SetAllnode_Terminal做設(shè)計區(qū)域，創(chuàng)建形狀優(yōu)化任務(wù)Task1_Terminal_opt。設(shè)置如圖1236所示。注意：Smoothing區(qū)域最好大于設(shè)計區(qū)域，以更佳光順網(wǎng)格。圖 1236 形狀優(yōu)化任務(wù)設(shè)置 創(chuàng)建設(shè)計響應(yīng)從菜單欄：Design Response224。Create224。Singleterm。體積響應(yīng)：選擇整個模型創(chuàng)建體積（Volume）響應(yīng)，對區(qū)域內(nèi)單元體積的計算默認(rèn)即為：Sum of values。應(yīng)變能密度響應(yīng)：分析全程中，設(shè)計區(qū)域內(nèi)最大的節(jié)點應(yīng)變能密度，設(shè)置如圖1237。（a）設(shè)計區(qū)域內(nèi)最大應(yīng)變能密度（b）分析全程中最大應(yīng)變能密度圖 1237 應(yīng)變能密度響應(yīng)設(shè)置節(jié)點應(yīng)變能密度綜合考慮了應(yīng)變和應(yīng)力，針對此非線性問題，局部逐點應(yīng)變能密度能夠更好的表征材料失效。 創(chuàng)建目標(biāo)函數(shù)從菜單欄：Objective Function224。Create，如圖1238最小化應(yīng)變能密度的設(shè)計響應(yīng)作優(yōu)化目標(biāo)。命名為Objective1_MinMaxStrainenergydensity。圖 1238 對最大應(yīng)變能密度的目標(biāo)函數(shù)設(shè)置 創(chuàng)建約束體積約束：從菜單欄Constraint224。Create。如圖1239，約束體積響應(yīng)值不變。圖 1239 體積響應(yīng)的約束設(shè)置 優(yōu)化結(jié)果 創(chuàng)建并提交優(yōu)化進程切換到Job模塊，從菜單欄：Optimization 224。Create。如圖1240，創(chuàng)建名稱為Optprocess1_Terminal的優(yōu)化進程，設(shè)置最大循環(huán)次數(shù)20作為全局終止條件，并保存全部循環(huán)結(jié)果，以便查看。隨后從菜單欄：Optimization 224。Submit：Optprocess1_Terminal，提交優(yōu)化進程。圖 1240 形狀優(yōu)化進程設(shè)置 查看優(yōu)化結(jié)果從菜單欄：Optimization 224。Results：Optprocess1_Terminal，進入后處理模塊。從工具箱(Create XY data：ODB history output)，分別輸出目標(biāo)函數(shù)應(yīng)變能密度和約束體積的變化，如圖1241所示。 圖 1241 應(yīng)變能密度和約束體積變化曲線打開求解結(jié)果文件夾X:\XXX\OptProcess1_Terminal\，查看應(yīng)力云圖、制作NF曲線，結(jié)果如圖1241243所示。圖 1242 優(yōu)化結(jié)果的應(yīng)力云圖從圖1242可知，隨著優(yōu)化的循環(huán)，最大應(yīng)力區(qū)寬度增加，應(yīng)力逐漸減小，屈服面積也逐漸增多以平均應(yīng)力。圖 1243 正向力NF曲線從圖1243可知，隨著循環(huán)的進行，接觸點永久變形減小，最大NF增加，達到了優(yōu)化的目的。注意：、應(yīng)變響應(yīng)，但優(yōu)化效率相對較低；，由設(shè)計人員選擇優(yōu)化結(jié)果。 Inp解釋說明請參考結(jié)果文件：X:\XXX\OptProcess1_Terminal\，每個Inp中節(jié)點坐標(biāo)在循環(huán)開始已被優(yōu)化程序移動。，不但降低了最大應(yīng)力，還增加了正向力。以上內(nèi)容，如有不明之處。 敏感性分析（DSA）基礎(chǔ)設(shè)計敏感性分析DSA（Design Sensitivity Analysis）就是分析設(shè)計參數(shù)對設(shè)計響應(yīng)的敏感程度，即設(shè)計參數(shù)與設(shè)計響應(yīng)的梯度，有益于理解設(shè)計行為、并預(yù)計設(shè)計變化的影響。簡單舉例，假設(shè)設(shè)計響應(yīng)為，x為設(shè)計參數(shù)，當(dāng)增加，設(shè)計響應(yīng)變化為，用表述在附近參數(shù)x對y的敏感程度，往往設(shè)計響應(yīng)同時與幾個設(shè)計參數(shù)相關(guān)，故用偏導(dǎo)數(shù)來表述設(shè)計參數(shù)對設(shè)計響應(yīng)的敏感程度，此偏導(dǎo)數(shù)即為敏感度。 Abaqus的DSAAbaqus DSA的CAE界面是用插件Abaqus/Design模塊實現(xiàn)，但用戶一般使用的Abaqus版本沒有這個模塊（這個你懂的），所以本節(jié)通過編寫Inp文件實現(xiàn)有關(guān)設(shè)置。通過DAS分析可以得到設(shè)計變量對設(shè)計響應(yīng)的偏導(dǎo)數(shù)（敏感度），其用于設(shè)計參數(shù)對輸出變量的敏感程度的量測。計算敏感性所涉及的輸出變量就是設(shè)計響應(yīng)或簡稱響應(yīng)，而設(shè)計參數(shù)可以從分析參數(shù)中選擇，例如，在輸出應(yīng)力對楊氏模量E的偏導(dǎo)中，輸出應(yīng)力是響應(yīng)，E是設(shè)計變量。Abaqus 的DSA結(jié)合半解析計算技術(shù)應(yīng)用直接差分方法。在半解析技術(shù)中，一些偏導(dǎo)數(shù)是通過數(shù)值差分法求得，所以需要擾動設(shè)計參數(shù)。Abaqus基于啟發(fā)式算法，默認(rèn)采用中心差分法自動計算合適的攝動尺寸，當(dāng)然你也可以特定差分方法以及攝動尺寸。注意：Abaqus DSA只能應(yīng)用在靜態(tài)和模態(tài)分析中，且模型中只許有應(yīng)力和位移單元。 激活A(yù)baqus DSA如果DSA 在General分析步中被激活，其會在接下來的General分析步中一直處于激活狀態(tài)，直至其激活命令被關(guān)閉。此結(jié)論同樣適用于攝動分析。此外，如果DAS被激活在不支持的分析步中，其將被關(guān)閉，直至再次被激活。Inp使用方法：**激活DSA*STEP，DSA=YES**關(guān)閉DSA*STEP，DSA=NO