基于 OptiStruct 的结构优化设计方法
2008-07-18 16:37
摘要:最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术已逐渐发展成熟并
成功地应用于产品设计的各个阶段。本文总结了 OptiStruct 结构优化设计方法
和特点,从优化设计三要素、迭代算法、灵敏度分析等方面阐述了基于有限元
法的 OptiStruct 结构优化的数学基础,给出了 OptiStruct 结构优化设计流程
和步骤。
关键词:结构优化,设计流程,有限元
优化设计是以数学规划为理论基础,将设计问题的物理模型转化为数学模
型,运用最优化数学理论,以计算机和应用软件为工具,在充分考虑多种设计
约束的前提下寻求满足预定目标的最佳设计。有限元法(FEM)被广泛应用于
结构分析中,采用这种方法,任意复杂的问题都可以通过它们的结构响应进行
研究。最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术逐渐发展成熟并成功地
应用于产品设计的各个阶段。
Altair OptiStruct 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,拥有全球先进的优化技术,提供全面的优化方法。OptiStruct 从
1993 年发布以来,被广泛而深入地应用到许多行业,在航空航天、汽车、机械
等领域取得大量革命性的成功应用,赢得多个创新大奖。
一、OptiStruct 结构优化方法简介
OptiStruct 是以有限元法为基础的结构优化设计工具。它提供拓扑优化、
形貌优化、尺寸优化、形状优化以及自由尺寸和自由形状优化,这些方法被广
泛应用于产品开发过程的各个阶段。
概念设计优化――用于概念设计阶段,采用拓扑(Topology)、形貌
(Topography)和自由尺寸(Free Sizing)优化技术得到结构的基本形状。
详细设计优化――用于详细设计阶段,在满足产品性能的前提下采用尺寸
(Size)、形状(Shape)和自由形状(Free Shape)优化技术改进结构。
拓扑、形貌、自由尺寸优化基于概念设计的思想,作为结果的设计空间需
要被反馈给设计人员并做出适当的修改。经过设计人员修改过的设计方案可以
再经过更为细致的形状、尺寸以及自由形状优化得到更好的方案。最优的设计
往往比概念设计的方案结构更轻,而性能更佳。表 1 简单介绍各种方法的特点
和应用。
表 1 OptiStruct 六种优化方法的特点
拓扑优化 在给定的设计空间内
找到最优的材料分布。
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