首页/文章/ 详情

OptiStruct助力：多体动力学模型的高效形状优化

TodayCAEer

1天前浏览16

前面演示了基于结构分析的形状优化，现在我们来学习基于多体动力学的模型优化。

在本教程中，您将使用HyperMesh设置MBD系统的结构优化问题，并在OptiStruct中运行形状优化作业。

在开始之前，请将本教程中使用的文件复制到您的工作目录。

http://majorv.help.altair.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS-T-5050/4bar_design.zip

通过控制12 个形状设计变量来最小化系统的质量，同时应力应小于允许值。左连杆是角速度为50 rad/sec的驱动连杆。单位（kg， N， cm， s）。

图1.4 连杆

本教程的优化问题表述为：

Objective：最小化质量。

Constraints：应力上限。

Design variables：三个柔性体的形状设计变量。

一、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件

1.启动HyperMesh。

此时将打开User Profile对话框。

2.选择OptiStruct，然后单击OK。

这将加载用户配置文件。它包括相应的模板、宏菜单和导入阅读器，将HyperMesh的功能缩减为与生成OptiStruct模型相关的功能。

二、打开模型

1.单击File>Open>Model。

2.选择保存到工作目录的4bar_design.hm文件。

3.单击Open。

4bar_design.hm数据库被加载到当前的HyperMesh会话中，替换任何现有数据。

三、设置模型

3.1定义驱动运动

在本教程中，定义了关节MOTNJ处的驱动运动。但是，HyperMesh目前不支持MOTNJ，因此需要手动输入该卡片。

1.在Analysis页面中，单击control cards面板。

2.在Card Image对话框中，单击BULK_UNSUPPORTED_CARDS。

3.在Control Card对话框中，输入以下内容，然后单击OK。

图2.施加到关节66299 的恒定速度（50 Rad/s）

4.单击return。

3.2更新边界条件和MOTION

1.在Model Browser的Load Steps文件夹中，点击SUBCASE1。

Entity Editor将打开并显示Load Step卡详细信息。

2.将Analysis type设置为Multibody dynamics。

3.对于MBSIM，请选择MBSIM1。

4.选择SUBCASE_UNSUPPORTED。

5.单击并输入MOTION = 1。

四、提交作业

1.在Analysis页面中，单击OptiStruct面板。

图3.访问OptiStruct面板

2.单击save as。

3.在Save As对话框中，指定写入OptiStruct模型文件的位置，并在filename中输入4bar_design_analysis。

对于OptiStruct求解器模型，建议使用.fem扩展名。

4.单击Save。

input file字段显示在Save As对话框中指定的文件名和位置。

5.将导出选项切换设置为all。

6.将run options切换设置为analysis。

7.将内存选项切换设置为memory default。

8.单击OptiStruct启动OptiStruct作业。

如果作业成功，则新的结果文件应位于写入4bar_design_analysis.fem的目录中。4bar_design_analysis.out文件是查找错误消息的好地方，如果存在任何错误，这些错误消息可以帮助调试输入模型。

五、查看结果

1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。

HyperView将启动并加载结果。此时将显示一个消息窗口，告知模型和结果文件已成功加载到HyperView中。

2.在Results工具栏上，单击以打开Contour面板。

3.将结果类型设置为Element Stress（2D & 3D）（t）。

4.单击Apply。

5.单击Legend选项卡。

6.单击Edit Legend。

7.将Type设置为Dynamic scale。

可以在此处更改其他属性以创建所需的图例。

8.在Page Controls工具栏上，将页面布局设置为，这将创建两个垂直窗口。

9.单击第二个窗口以将其激活。

10.从客户端选择器中，选择（HyperGraph 2D）。

11.单击第一个窗口以将其激活。

12.在Annotations工具栏上，单击以打开Measure面板。

13.在度量值组列表中，选择Dynamic MinMax Result。

14.从Resolved in下方的列表中，单击Max。

15.单击Create Curve。

16.将Place curve on：设置为Existing Plot。

将显示此报表上的绘图窗口列表。

17.选择Live link。

18.单击窗口2 将其激活。

19.单击Apply。

绘制最大von Mises应力（t）。

图4.MBD应力结果（最大值= 56996 N/cm2）

20.将文件另存为模板，以应用于优化结果。

a)在菜单栏中，单击File>Save As>Session。

b)在Save Session As对话框中，将文件另存为Stress_report.tpl。

21.在应用程序的右上角，单击/ 返回第1 页和HyperMesh客户端。

六、设置优化

6.1创建用于结构分析的边界条件

该模型的柔性体的结构分析和优化在ESL优化中进行。因此，需要定义柔性体的边界条件。

1.创建Load Collector BCforOpt。

a)在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector从上下文菜单中。

默认Load Collector显示在Entity Editor中。

b)对于Name ，输入BCforOpt。

c)单击Color并从调色板中选择一种颜色。

d)将Card Image设置为None。

2.启用重合领料。

a)在菜单栏中，单击Preferences>Graphics。

b)选择coincident picking。

c)单击return。

3.Create constrains.

a)在分析页面中，单击constraints面板。

b)选择所有dof （1 到6）。

所有dof（1 到6）都应固定，以消除每个柔性体的6 刚体运动。确保在constraints面板中选中dof1 到dof6。

c)单击component Left的下部rbe2的中心。您应该在一个位置看到两个节点编号;选择Node288。

d)单击component Middle的左侧rbe2的中心，然后选择节点143。

e)单击component Right的下部rbe2的中心，然后选择节点441。

f)将load type设置为SPC。

g)单击create。

图5.要约束以阻止刚体运动的节点

6.2在预定义的MBD SUBCASE中更新边界条件和MOTION

1.在Model Browser的Load Steps文件夹中，选择SUBCASE1。

Entity Editor将打开并显示Load Step卡详细信息。

2.将Analysis type设置为Multi-body dynamics。

3.对于MBSIM，请选择MBSIM1。

4.对于SPC，请选择BCforOpt。

6.3定义形状设计变量

形状扰动向量已经在此数据库中创建。有关创建形状扰动向量的更多详细信息，请参阅与HyperMorph相关的其他教程。在此步骤中，您将使用预定义的形状扰动向量定义形状设计变量。

1.在Analysis页面中，单击optimization面板。

2.单击shape面板。

3.选择desvar子面板。

4.从单个desvar切换到multiple desvars。

5.使用形状选择器，选择所有形状。

6.在lower bound= 字段中，输入-1.0。

7.在upper bound= 字段中，输入1.2。

图6.

8.单击create。

9.单击return转到优化面板。

创建12 个形状设计变量。

6.4创建优化响应

1.在Analysis页面中，单击optimization。

2.单击Responses。

3.创建质量响应，该响应是为模型的总体积定义的。

a)在responses= 字段中，输入mass。

b)在响应类型下方，选择mass。

c)将regional selection设置为total和no regionid。

d)单击create。

4.创建static应力响应。

a)在response= 字段中，输入Stress。

b)将响应类型设置为static stress。

c)使用props选择器，选择Middle、Left、Right。

d)将响应选择器设置为von mises。

e)在von mises下，选择both surfaces。

f)单击create。

5.单击return返回Optimization面板。

6.5定义目标函数

1.单击objective面板。

2.验证是否选择了min。

3.单击response并选择Mass。

4.单击create。

5.单击return两次以退出Optimization面板。

6.6创建设计约束

1.单击dconstraints面板。

2.在constraint= 字段中，输入Constr。

3.单击response =并选择Stress。

4.选中upper bound旁边的框，然后输入30000。

5.使用loadsteps选择器，选择SUBCASE1。

6.单击create。

7.单击return返回Optimization面板。

在响应Stress上定义约束。该约束将强制SUBCASE1上的最大应力小于30000.0 N/cm2。

七、运行优化

1.在Analysis页面中，单击OptiStruct。

2.单击save as。

3.在Save As对话框中，指定写入OptiStruct模型文件的位置，并在文件名中输入4bar_design_opt。

对于OptiStruct求解器模型，建议使用.fem扩展名。

4.单击Save。

input file字段显示在Save As对话框中指定的文件名和位置。

5.将导出选项切换设置为all。

6.将run options切换设置为optimization。

7.将内存选项切换设置为memory default。

8.单击OptiStruct运行优化。

作业完成时，窗口中会显示以下消息：

OPTIMIZATION HAS CONVERGED.

FEASIBLE DESIGN (ALL CONSTRAINTS SATISFIED).

如果存在错误消息，OptiStruct还会报告错误消息。可以在文本编辑器中打开4bar_design_opt.out文件，以查找有关任何错误的详细信息。此文件将写入与.fem文件相同的目录。

9.单击Close。

八、查看结果

8.1查看应力结果

1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。

HyperView将启动并加载结果。此时将显示一个消息窗口，告知模型和结果文件已成功加载到HyperView中。

2.打开报告模板Stress_report.tpl。

a).在菜单栏中，单击File>Open>Report Template。

b).在Open Report File对话框中，打开Stress_report.tpl文件。

c).对于GRAPHIC_FILE_1 和RESULT_FILE_1，从运行优化的位置选择4bar_design_opt_mbd_0#.h3d（最高的# 应该是最终迭代）。

出现一条消息，解释Element应力（2D & 3D）结果不存在- 这是因为MBD模拟的应力结果只是被命名为应力。

4.关闭Message Log窗口。

5.单击窗口1 将其设置为当前窗口。

6.在Results工具栏上，单击以打开Contour面板。

7.将Result type：设置为Stress （t）。

8.单击traffic light图标以启动动画。

图7.von Mises应力云图（最大< 30000 N/cm2）

8.2绘制形状变化的云图

1.在Page Controls工具栏上，单击以将新页面添加到会话中。

2.在Standard工具栏上，单击并打开运行优化的4bar_design_opt_des_0#.h3d的最后一次迭代（最高）编号结果文件。

3.单击Apply。

4.在Results工具栏上，单击以打开Contour面板。

5.将Result type：设置为Shape Change （v）。

6.单击Apply。

图8.形状变化云图

打开文件4bar_design_opt.dsvar以查看OptiStruct在优化过程中如何更改DV。

这将显示右臂和中臂的所有DV都达到了1.2 的极限，这表明最小化这两个臂的质量是减少应力的关键。

来源：TodayCAEer

著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载

首次发布时间：2025-05-10

ANSA的网格划分与模型装配

¥100

还没有评论