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OptiStruct结构优化技术的最新发展及应用

2019-04-08洪清泉 曾神昌 张攀

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本文以Altair OptiStuct为例介绍结构优化方法、功能及应用。

1 概述

    结构优化技术是当前CAE技术发展的一个热点,在学术研究领域,变密度法、均匀化法、水平集法以及各种准则法等百家争鸣。相关商业软件的开发也很快,比较知名的有美国Altair公司的OptiStruct,德国FE-DESIGN公司的Tosca,日本Quint公司的OptiShape,以及美国MSC公司的Nastran等。

    结构优化技术在工业界的应用也逐渐成熟。从行业角度来讲,从早期的汽车零部件轻量化设计和飞机机身机翼的板、杆、梁及蒙皮尺寸优化,迅速发展到汽车、飞机和船舶的结构布局优化,电子产品的结构件及连接优化,建筑物和土木工程的结构布置等。从性能的角度来讲,早期主要是考虑金属零部件的线性静态和模态性能指标,如应力、应变、位移、频率等,现在已经拓展到金属和复合材料零部件的振动噪声性能、碰撞安全性能、疲劳性能、动态激励下的性能等。下面以Altair OptiStuct为例介绍结构优化方法、功能及应用。

2 OptiStruct软件介绍

    OptiStruct是美国Altair公司的旗舰产品,是一个面向产品设计、分析和优化的有限元和结构优化求解器,拥有全球最先进的优化技术,提供最全面的优化方法。

    OptiStruct采用密度法(SIMP)求解拓扑优化问题,基于数学规划法的优化框架,是目前公认最为稳健高效的方法,能够解决绝大多数工程问题。通过对中间密度单元进行惩罚,考虑各种加工制造约束,采用自适应步长及约束屏蔽等技术,确保工程师快速得到具有工程意义的优化结果。OptiStruct的优化求解流程如图1所示:

OptiStruct的优化求解流程

图1 OptiStruct的优化求解流程

    OptiStruct支持全面的优化类型,包括概念设计阶段的拓扑优化,形貌优化和自由尺寸优化,以及详细设计阶段的尺寸优化,形状优化和自由形状优化,如表1所示。

表1 OptiStruct支持的优化类型

OptiStruct支持的优化类型

责任编辑:程玥
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