OptiStruct全局搜索优化：探索设计全局最优解的高效策略

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在这篇文章回顾下前面所提到的优化算法。

1. 拓扑优化：在结构设计的初期，拓扑优化可以帮助确定材料的最佳分布。通过这种方法，可以在给定的设计空间内找到最优的材料布局，从而得到一个既满足力学性能要求又最省材料的初始结构。例如，设计一个夹子时，可以通过拓扑优化得到一个在力学性能上满足要求且材料使用最省的结构。

2. 尺寸优化：在拓扑优化得到的初始结构基础上，尺寸优化可以进一步调整结构的尺寸，如杆件的截面形式和尺寸，以达到在保证刚度和强度的同时，进一步节省材料的目的。

3. 形状优化：当结构的尺寸确定后，形状优化可以对结构的形状进行调整，以改善其力学性能。例如，对于悬臂梁的设计，可以通过形状优化得到一个在满足位移要求的前提下，使用材料最少的变截面梁。

4. 形貌优化：对于薄壁结构，形貌优化可以通过在结构表面添加加强筋或压痕来提高其刚度和强度，同时避免整体加厚带来的材料浪费。OptiStruct提供的形貌优化模块可以帮助设计工程师确定最佳的加筋位置和形状。

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OptiStruct的全局搜索优化功能通过整合这些优化技术，能够在不同的设计阶段提供支持，从而实现结构设计的轻量化和性能优化。此外，OptiStruct还提供了多目标优化和多约束优化的能力，这使得它能够在复杂的工程问题中找到最优解，尤其是在涉及多个响应的优化问题中表现出色。

在本教程中，您将使用形状设计变量执行全局搜索优化（GSO）。

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-5080/rib_opt.zip

将使用全局搜索方法来生成多个起点。该结构由一个底板和十字形筋组成，使用模态法承受频率变化的单位载荷激励。目标是通过改变筋的形状来获得最佳的加固结构。

图1.查看模型

模型中定义了常规的形状优化。此优化的公式表述为：

Objective：最小化施加激励载荷的节点处的最大（minmax）位移。

Constraints：质量< 2.0e-3。

Design variables：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、导入模型

1.点击File>Import>Solver Deck。

导入选项卡将添加到您的选项卡菜单中。

2.对于File type ，选择OptiStruct。

3.选择文件图标。

此时将打开Select OptiStruct文件Browser。

4.选择保存到工作目录的rib_opt.fem文件。

5.单击Open。

6.单击Import，然后单击Close以关闭Import选项卡。

三、查看模型和优化设置

模型中定义了频率响应模型的形状优化。

1.在Model Browser中，查看模型、Load Step和优化设置。

图2.

2.在Analysis页面中，单击optimization面板。

3.单击shape面板以查看形状设计变量。

4.单击animate。

其中一个形状应显示在simulation= 字段中。

5.单击linear。

将显示该形状的动画。

6.通过单击next或prev查看其他形状。

7.单击return返回Optimization面板。

四、启动运行

1.在Analysis页面中，单击OptiStruct面板。

rib_opt.fem文件的名称和位置显示在input file：字段中。可以修改模型和结果文件的写入位置。

2.单击OptiStruct。

3.运行进程完成后，转到工作目录并打开rib_opt.out文件。检查优化历程记录和最终的最优设计。

4.返回Analysis页面。

五、定义DGLOBAL卡

1.在Analysis页面中，单击control cards面板。

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

3.在Control Card对话框中，输入DGLOBAL=1，然后单击OK。

4.单击BULK_UNSUPPORTED_CARDS。

5.在Control Card对话框中，输入DGLOBAL，1，然后单击OK。

6.单击return。

用于全局搜索的Subcase和Bulk Data Entries都是使用默认参数创建的。

六、启动运行

1.在Analysis页面中，单击OptiStruct面板。

rib_opt_global.fem文件的名称和位置将显示在input file：字段中。可以修改模型和结果文件的写入位置。

2.单击OptiStruct。

3.运行进程完成后，转到工作目录并打开rib_opt_global.out文件。检查优化历程记录和最终的最优设计。

4.返回Analysis页面。

七、查看结果

7.1对GSO结果进行后处理

由于默认参数用于GSO，因此OptiStruct会自动确定起点的数量和设计变量的组数。

1.打开rib_opt_global.out文件。

GSO运行的一般摘要在out文件的末尾输出。这次GSO运行以20 个起点完成。发现了17个独特的设计，这意味着重复了三个设计。在起点3 找到最佳设计。还打印了独特设计表和设计表，其中包含起点、目标函数、约束违例、找到的次数和目录后缀的信息。

2.将最佳设计与常规优化方法的结果进行比较。

在工作目录中，为独特的设计创建了17 个后缀为'_GSO_V1_V2' 的目录。V1 是起点的编号，V2 是此设计在所有唯一设计中的排名。每个起点的优化结果可以分别在目录中找到。

3.打开Excel文件rib_opt_global_GSO.slk。

独特设计和所有设计的表格都打印在Excel文件中。GSO运行中的最佳设计是使用第3 个起点实现的，该设计的结果保存在目录rib_opt_global_GSO_3_1 中，并且在全局搜索期间发现了该设计3 次。在GSO搜索中，如果两个设计之间的差异在唯一设计容差范围内，则认为它们相同;例如，起点为11 和3 的设计。此信息可以在所有设计的表格中找到。还提供每次运行的统计信息和最佳设计变量。

图3.

7.2对最佳设计进行后处理

以下步骤演示了如何在HyperView中查看GSO的最佳设计。

1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。

2.在Load Results面板中，加载位于/rib_opt_global_GSO_3_1 目录中的rib_opt_global_des.h3d文件。

3.单击Apply。

加载包含优化结果的h3d文件。

4.在Results Browser中，选择Iteration 10。

5.在Results工具栏上，单击以打开Contour面板。

6.将Result type设置为Shape Change （v）。

7.单击Apply。

将显示最终迭代时的优化形状。

图4.GSO最佳优化形状设计

来源：TodayCAEer

OptiStruct HyperMesh HyperView 结构基础形状优化拓扑优化材料 Altair

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首次发布时间：2025-05-20

最近编辑：13天前

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