ANSYS Workbench 支架拓扑优化案例

01

实例介绍

拓扑优化可以应用于结构的概念设计与轻量化设计中，可以为设计师提供更多的设计可能性。本实例使用一个支架模型，如图1所示，对其进行结构拓扑优化。

图1 支架几何模型

02

分析流程

(1)启动ANSYS Workbench，加载Static Structurall结构静力学模块。

(2)右键单击A3单元格，选择弹出菜单项Import Geometry→Browse...，弹出文件选择对话框，选择几何模型文件ex5-1\ex5-1.scdoc。（案例文件下载地址见文章底部）

(3)双击A4单元格进入结构静力学模块，使用默认材料。

(4)单击模型树节点Mesh，在Details of Mesh中确定模型整体单元长度为4mm。

(5)右键单击模型树节点Mesh，选择Insert→Method，添加网格控制方法，选择模型所有part，将其网格划分方法设定为MultiZone。

(6)右键单击模型树节点Mesh，单击弹出菜单项Generate Mesh生成模型网格，如图2所示。

图2  模型网格划分

(7)右键单击模型树节点Static Structural，选择Insert→Fixed Support，插入一个固定约束，选择支架孔圆周面，如图3所示。

图3 固定约束

(8)右键单击模型树节点Static Structural，选择Insert→Force，插入一个均布载荷，在支架平面上加载方向竖直向下的载荷2000N，如图4所示。

图4 均布载荷

(9)右键单击模型树节点Solution，选择Solve进行计算。

(10)计算完成后，使用Solution→Insert→Equivalent Stress，插入一个等效应力结果，使用Solution→Insert→Total Deformation，插入一个模型位移结果，得到等效应力及位移云图如图5所示。

图5 等效应力与位移云图

(11)计算完成后，退出结构计算模块，在Workbench平台内，加载一个拓扑优化模块，拖入A6单元格，分别右键单击A5、A6、A7单元格进行更新，完成后如图6所示。

                       图6 加载拓扑优化模块

(12)双击B5单元格进入拓扑优化模块，在这里可以使用默认的优化区域、目标、响应约束设置，如图7所示。

图7 优化设置

(13)右键模型树节点Solution，进行计算，计算完成后得到拓扑优化结果如图8所示，可以看到模型的保留区域。

图8 拓扑优化结果

(14)计算完成后，退出拓扑优化模块，在Workbnech平台内，右键B7单元格，选择Transfer to Design Validation System(Geometry)，右键B7单元格更新拓扑优化结果，再右键C2单元格更新几何模型，如图9所示。

图9 加载设计验证模块

(15)右键C2单元格，选择Edit Gemotry in SpaceClaim进入SpaceClaim，进入后就可以看到原始支架模型与拓扑优化后的模型，如图10所示。

图10 拓扑优化后模型处理

(16)在模型树节点中将原始模型抑制，只显示优化后的模型，如图11所示。

图11 优化后的模型显示

(17)在模型树节点中，可以看到当前的模型还不是一个实体模型，是由多个Facets面组成，需要全选所有Facets，选择Convert to solid→Merge faces功能，将面模型转化为实体模型，如图12所示。

图12 转化实体模型

(18)转化为实体的模型表面存在一些小面，可以使用Repair中的Merge Faces等功能进行修模工作，完成后退出SpaceClaim。

(19)在Workbnech平台内，双击C4单元格，进入结构静力学模块，就可以对优化后的模型进行验证计算。计算得到的模型等效应力云图，整体变形云图如图13所示。

图13 优化模型计算结果

作者：CAE简单学

精选：王华军

编辑：刘义美