关于结构优化

概述

使用Abaqus进行结构优化是一个迭代过程，可帮助您优化设计。精心设计的结构优化的结果是一个重量轻，刚性和耐用的组件。

Abaqus提供了以下结构优化方法:拓扑优化、形状优化、尺寸优化和焊道优化。拓扑优化从初始模型开始，并通过修改选定元素中的材料属性(有效地从分析中删除元素)来确定优化设计。形状和尺寸的优化进一步完善了模型。形状优化通过移动表面节点来修改零件的表面，以减少局部应力集中。尺寸优化修改钣金部件的板材厚度;通常用于增加刚度或减少振动。筋条优化在壳体模型中创建加强筋条。拓扑、形状、尺寸和焊道优化是由一组目标和约束来决定的。

优化是一种缩短开发过程的工具，它通过自动化过程为设计师的经验和直觉增加价值。为了优化你的模型，你需要知道要优化什么。仅仅说你想最小化应力或最大化特征值是不够的，你的陈述必须更具体。例如，您可能希望在两个荷载工况下最小化最大节点应力。类似地，您可能希望最大化前五个特征值的和。优化的目标称为目标函数。此外，您可以在优化过程中强制执行某些值。例如，可以指定给定节点的位移不能超过某个值。强制的值称为约束。

您可以使用Abaqus/CAE创建要优化的模型，并定义、配置和执行结构优化。有关详细信息，请参阅优化?？椤?/span>

术语

结构优化引入了自己的术语。以下术语贯穿Abaqus文档和Abaqus/CAE用户界面:

设计区域

设计区域是结构优化修改的模型区域。设计区域可以是整个模型，也可以是仅包含选定区域的模型子集。给定规定的条件(如边界条件、载荷和制造约束)，

l拓扑优化过程在试图达到最优设计的同时，从设计区域中的元素中删除和添加材料，

l形状优化通过移动表面节点来修改设计区域的表面，

l尺寸优化通过改变壳单元的厚度来修改设计区域的厚度，以及

l珠形优化沿壳法线方向移动设计区域中壳单元的节点。

设计变量

对于优化问题，设计变量表示优化过程中要改变的参数。对于拓扑优化，设计区域中元素的密度是设计变量。优化?？樵诿看斡呕诩涓拿芏?，并将每个单元的刚度与密度耦合。实际上，优化通过赋予足够小的质量和刚度来从模型中删除元素，以确保它们不再参与结构的整体响应。模型与修正后的材料性能，然后通过Abaqus分析。

对于形状优化，设计区域中的表面节点的位移是设计变量。在优化过程中，优化?？榻诘阆蛲?/span>(增长)或向内(收缩)移动，或保持位置不变(中性)。限制会影响曲面节点可移动的量及其可移动的方向。优化?？橹欢缘ピ慕墙诘阄恢媒兄苯有薷?，通过角节点的移动来插值单元的中部节点的位移。

对于尺寸优化，设计区域中的壳单元的厚度是设计变量。优化模块可以调整单个壳单元的厚度，或者您可以要求聚类-同时修改特定区域的壳厚度。

对于加强筋优化，在设计区域中形成加强筋的壳单元的节点的位移是设计变量。限制限制节点可以移动的数量和移动的方向。

设计周期

优化是一个迭代的设计过程，更新设计变量，执行Abaqus分析修改后的模型，并审查结果，以确定是否已达到优化的解决方案。每一次优化迭代称为一个设计周期。

优化任务

优化任务包含优化的定义，例如设计响应、目标、约束和几何约束。要运行优化，需要执行一个优化过程。优化过程是指优化任务。

设计响应

优化的输入称为设计响应。设计响应可以直接从Abaqus输出数据库(odb)文件中读取;例如，刚度、应力、特征频率和位移。或者，“优化”块可以从输出数据库文件中读取数据，并从模型中计算设计响应;例如，模型的重量，质心或相对位移。

设计响应与模型的某个区域相关联;但是，它由单个标量值组成，例如某个区域内的最大应力或模型的总体积。此外，设计响应可以与特定的步骤或荷载工况相关联。

目标函数

目标函数定义优化的目标。目标函数是从设计响应中提取的单个标量值，如最大位移或最大应力。一个目标函数可以从多个设计响应制定。如果您指定目标函数最小化或最大化设计响应，则Optimization?？橥ü砑哟由杓葡煊χ腥范ǖ拿扛鲋道醇扑隳勘旰?。此外如果您有多个目标函数，则可以使用加权因子来缩放它们对优化的影响。

约束

约束也是从设计响应中提取的单个标量值;但是，不能从设计响应的组合中导出约束。约束限制设计响应的值;例如，您可以指定体积必须减小45%或区域中的绝对位移不得超过1mm。您还可以应用独立于优化的制造和几何约束;例如，结构必须能够铸造或冲压，或者轴承表面的直径不能更改。

停止条件

全局停止条件定义优化可执行的最大迭代次数。局部停止条件指定在达到局部最小值(或最大值)时应结束优化。

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