Ansys拓扑优化系列

本课适合哪些人学习：

1. CAE仿真工程师：

需要掌握拓扑优化这一先进设计方法，提升产品性能和减重能力；希望深入理解Ansys Workbench中拓扑优化的完整流程、设置技巧和结果处理方法；需要学习如何施加制造约束，如对称、拔模、最小尺寸，以获得可制造的设计；需要将拓扑优化结果转化为可用的CAD模型，SolidWorks重建并进行验证。

2. 结构设计工程师：

希望利用拓扑优化工具突破传统设计思维，获得更优、更轻量化的创新结构；需要了解拓扑优化的原理和限制，以便合理设置优化目标和约束；需要学习如何解读和应用拓扑优化结果，将其融入实际产品设计中；对将优化结果（如STL文件）重建为CAD模型有强烈需求。

3. 产品研发工程师：

负责产品性能提升，如刚度、强度，成本控制，如减重、材料节省；需要掌握一种高效的、基于仿真的设计优化方法；关注如何将先进的优化结果落地为可生产的设计方案。

4. 高校工科学生及研究人员：

机械工程、航空航天工程、车辆工程、土木工程等相关专业；学习结构优化理论，需要结合Ansys进行实践；对拓扑优化算法原理，如SIMP方法、OC算法，有研究兴趣，特别是Matlab代码部分；需要完成毕业设计或研究课题中涉及结构优化和仿真的部分。

5. 对结构减重有迫切需求的行业从业者：

汽车、航空航天、机器人、消费电子等行业，轻量化是核心需求；希望系统学习如何运用Ansys拓扑优化实现结构减重目标。

6. 具备一定Ansys Workbench静力学分析基础，希望进阶学习的用户：

已经掌握基础静态分析，希望拓展到更高级的优化仿真分析领域；了解Ansys SpaceClaim几何处理。

你会得到什么：

这套课程理论与实践并重，从原理到软件操作都有覆盖，非常适合希望系统掌握并应用Ansys拓扑优化技术于工程实践的工程师和学生。

1. 掌握Ansys拓扑优化全流程：

从模型切分、静态分析前期准备，目标、约束优化设置，求解计算，结果SpaceClaim光顺化处理到结果验证，形成完整闭环。

2. 学会利用拓扑优化实现结构减重：

通过自行车车架案例的拓扑优化理论和实践，学员将掌握如何设置优化问题以达到减轻结构重量的目的。

3. 理解拓扑优化的核心原理：

深入浅出地了解变密度法、惩罚因子、目标函数、约束、优化算法、以及棋盘格、网格依赖的数值问题及其解决方法。

4. 掌握关键后处理与验证技能：

使用SpaceClaim对拓扑优化生成的形状进行光顺化处理，使其更规则、更适合制造。对光顺化后的结果进行有限元验证，确保其满足原始设计要求。

5. 学会处理制造约束：

掌握在Ansys中施加常见的工程制造约束，如对称约束、拔模约束、最小尺寸约束、挤压方向约束等，使优化结果更贴合实际生产工艺，提高结果的可制造性。

6. 掌握将拓扑结果转化为CAD模型的实用方法：

学习导出.x_t, .stp, STL等优化结果。学习在SolidWorks中利用“切除法”参照光顺化结果重建参数化CAD模型的具体步骤和技巧。对重建后的CAD模型进行仿真验证，并与原始模型、无约束优化结果、有约束优化结果进行对比分析，评估重建效果。

7. 具备处理复杂工况的能力：

学习如何设置和求解包含多工况，如不同静载荷、模态分析，多目标、多响应的拓扑优化问题，满足更复杂的工程需求。

8. 深化算法理解：

通过了解经典的99行拓扑优化Matlab代码，理解拓扑优化程序的核心架构和运行逻辑。学习如何修改代码的关键参数以适应不同问题，加深对算法内部机制的认识。

9. 提升工程实践能力：

课程强调从仿真优化到CAD模型重建再到验证的完整链条，极大提升了学员将先进的拓扑优化技术应用于实际产品开发的能力。

10. 获得结构创新设计思路：

拓扑优化常常能产生意想不到的高效结构形式，学习此课程能帮助工程师突破传统设计思维的局限，获得创新的结构设计方案。

课程介绍：

Ansys拓扑优化系列

ANSYS Workbench有限元拓扑优化（Topology Optimization）仿真分析教程。

使用ANSYS对自行车车架拓扑优化。分为以下九章：

一、基本操作(静态与拓扑)

二、拓扑结构光顺化与验证

三、Ansys拓扑优化原理简介

四、99行Matlab代码-4.1 编号规则

四、99行Matlab代码-4.2 扩展修改

五、制造约束&对称约束

六、SolidWorks重建结构演示-6.1 前期准备

六、SolidWorks重建结构演示-6.2 重建前验证

六、SolidWorks重建结构演示-6.3 SW切除重建

七、SW重建结构验证&结果对比

八、多工况多目标多响应

九、其他内容&补充说明

1.需要先进行优化区域切分。静态分析。拓扑优化分析设置。拓扑密度。

2.SpaceClaim光顺化处理，拓扑优化结果验证。

3.变密度法，SIMP材料插值模型，固体各向同性材料惩罚模型，惩罚因子，目标函数，最小柔度，最大刚度，响应约束，灵敏度，体积分数，最优性准则(OC优化算法)，棋盘格现象，网格依赖性，过滤半径。

4.1.典型的99行Matlab拓扑优化代码。一个主程序，包括4个子程序，最后精度判断是否循环或结束。主程序1~36行，OC准则子程序37~48行，网格过滤子程序49~64行，有限元子程序65~99行。

4.2典型的99行Matlab拓扑优化代码。尝试修改初始参数，其他边界条件，多载荷情况，结构中有一个管洞。

5.在Ansys软件优化分析设置中，可施加制造约束和设计约束，以获得更符合工程实际的优化结果。讨论几种常见的制造约束。

6.1.光顺化后的体结构导出，另存为我们熟悉的中间格式，如.x_t，STL，stp等。

6.2.添加制造约束的拓扑优化结果验证。

6.3.参照光顺化结构，用切除法，把坯料切成光顺化结构的形状。

7.导入刚切割重建好的模型，创建一个新的静态分析。对比原坯料结构、直接拓扑优化、添加约束拓扑优化、solidworks重建结构的结果。

8.多工况项目。工况一静态分析，工况二模态分析，工况三另一种静态分析。对他们单独进行拓扑优化，和一起考虑他们的多工况拓扑优化。

课程相关图片：