基于simlab的自由形状优化教程
本教学案例演示了如何求解支架模型的线性static分析，以及如何使用自由形状优化分析来优化支架的加强筋形状。
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。
包括以下练习：
1·求解模型的线性static分析
2·求解模型的Free shape Optimization分析
3·查看结果
一、启动SimLab
1.启动SimLab。
二、导入模型
1.在菜单栏中，单击File>Import>Database。此时将打开Import File对话框。
2.从BaseModel.zip文件中选择保存到工作目录的BaseModel.gda文件。
3.单击Open。BaseModel.gda文件仅包含几何数据。BaseModel.gda文件被加载到当前的SimLab数据库中。
三、求解线性static分析
在以下步骤中，将为模型定义线性static分析。压力载荷将施加在套筒体的面上，约束将施加在支架体的面上。拉杆接触在套筒和支架主体之间定义。求解模型设置，并从分析中观察到最大von Mises应力值。
3.1定义解决方案
1.在Solutions功能区的PhysicsGroup中，单击Structrual工具。此时将打开Create Solution对话框。
2.在Create Solution对话框中，完成以下操作并单击OK。
a)对于name ，输入BracketAnalysis。
b)对于Solver type，选择OptiStruct。
c)对于Solution type ，选择Linear Static。
d)对于Select bodies，选择模型的所有主体。 
图1.创建解决方案
3.2将属性分配给实体
在此步骤中，您将为Carrier和Cover实体分配Cast Iron属性，为Bolt分配Steel属性。由于SimLab定义了默认材料，因此无需定义材料。
1.在Analysis功能区的PropertyGroup中，单击Property工具。此时将打开Analysis Property对话框。
2.在模型视窗中，选择Snap body。
图2.选择Snap Body
3.在Analysis Property对话框中，完成以下操作并单击Apply。
a)对于Name ，输入Sleeve。
b)对于Entity，选择Solid。
c)对于Type ，选择Solid。
d)对于Behavior，选择Isotropic。
e)对于Material ，选择Steel。
图3.为Sleeve定义的属性
4.在模型视窗中，选择Bracket主体。 
图4.选择Bracket Body
5.在Analysis Property对话框中，完成以下操作并单击OK。
a)对于Name ，输入Bracket。
b)对于Entity ，选择Solid。
c)对于Type ，选择Solid。
d)对于Behavior ，选择Isotropic。
e)对于Material ，选择Steel。 
图5.为Bracket Body定义的属性
每个主体的属性都是在Model Browser的属性选项卡中创建的。
3.3套筒面上的压力载荷
1.在Analysis功能区的Loads和ConstraintsGroup中，单击Loads工具。
2.在secondary tool set中，单击Pressure工具。此时将打开Pressure对话框。
3.在Pressure对话框中，输入Pressure作为Name。
4.对于Pressure ，输入40。
5.在模型视窗中，选择Sleeve实体。 
图6.选择Sleeve
6.在Pressure对话框中，单击OK。
图7.压力载荷输入
3.4螺栓孔上的固定约束
在此步骤中，您将在支架体的螺栓孔上创建固定约束。
1.在Analysis功能区的Loads和Constraints Group中，单击Contraints工具。
2.在secondary tool set中，单击Fixed工具。将打开Fixed Constraint对话框。
3.在Fixed Constraint对话框中，输入Constraints作为Name。
4.启用Displacement下的X、Y和Z复选框。
图8.Create Fixed Constraint
5.在模型视窗中，选择Bracket实体的螺栓孔面。
图9.选择Bolt Holes
6.在Fixed Constraint对话框中，单击OK。
3.5侧面上的对称约束
由于Bracket是对称的，因此在模型的端面上定义了固定约束来表示对称性。
1.在Analysis功能区的Loads和Constraints Group中，单击Contraints工具。
2.在secondary tool set中，单击Fixed工具。将打开Fixed Constraint对话框。
3.在Fixed Constraint对话框中，输入Symmetry_Constraints作为Name。
4.启用Displacement下的X复选框。
图10.Create Fixed Constraint
5.在模型视窗中，选择模型的侧面。 
图11.选择侧面
6.在Fixed Constraint对话框中，单击OK。
3.6套筒和支架本体之间的接触
1.在Analysis功能区的Loads和ConstraintsGroup中，单击Define Auto Contact卫星工具。此时将打开Define Auto Contact对话框。
2.在Define Auto Contact对话框中，为Name输入bracket_Sleeve。
3.在模型视窗中，为Main body选择Bracket主体。 
图12.用于创建Contact的主面输入
4.在模型视窗中，为Secondary body选择Sleeve body。 
图13.用于创建Contact的辅助面输入
5.在Define Contact对话框中，定义以下参数并单击OK。
a)对于Trim，选择Secondary和Main。
b)对于Tolerance，输入0.1。
c)对于Face type，选择Cylindrical。
d)对于Contact Type，选择TIE。 
图14.定义套筒和支架体之间的接触
3.7解决解决方案
在模型视窗的Solutions选项卡中，右键点击Results，然后从右键菜单中选择Update。Solution开始求解。
结果会自动加载到模型视窗中。 
图15.Von Mises应力示例
四、求解自由形状优化
在以下步骤中，将使用自由形状优化方法优化加强筋的形状，以最大化位移并约束von-mises应力。
4.1定义优化
1.在Solutions功能区的Advanced Group中，单击Optimization工具。此时将打开Define Optimization对话框。
2.在Define Optimization对话框中，输入Optimize_Bracket作为Name。
3.为方法选择Free Shape，然后单击OK。
图16.定义自由形状优化解决方案
定义了Free shape优化解决方案。
4.2创建设计空间
1.在Analysis功能区的Optimization Group中，单击Design Space工具。此时将打开FreeShape Design Space对话框。
2.在FreeShape Design Space对话框中，输入Design_Space作为名称。
3.对于Bodies/Faces/Nodes，在模型视窗中选择Rib的面，然后点击Apply。
图17.定义设计空间以进行优化
4.3创建设计空间约束
定义设计空间后，必须定义约束。
1.在FreeShape Design Space对话框中，单击Constraints选项卡。
2.对于Name ，输入Design_Space_Constraints。
3.对于Pattern Constraint，启用Bilateral Symmetry复选框。
4.定义Pattern Constraint的轴。
a)单击Define direction。此时将打开Define Axis对话框。
b)在Define Axis对话框中，验证2 Nodes复选框是否已启用。 
图18.定义设计空间的阵列约束
c)在模型视窗中，选取筋面的两个节点。 
图19.定义阵列约束的方向
d)单击OK.
5.在FreeShape Design Space对话框中，单击 Grid Constraint下。
6.对于面，在模型视窗中选择筋面。 
图20.选择筋面
7.单击Define Vector。此时将打开Define Vector对话框。
8.在Define Vector对话框中，为Direction选择Element normal。
9.在模型视窗中，选择Rib面的任意单元，然后点击OK。
10.在支架的支撑面上创建Grid约束。
a)在FreeShape Design Space对话框中，单击 Grid Constraint下。
b)对于面，在模型视窗中选择支撑面。 
图21.选择支持面
c)对于Type ，选择Fixed。 
图22.定义支架主体支撑面的栅格约束
d)单击OK。
4.4创建响应
在此步骤中，您将定义位移和应力响应。您还将定义应力响应的极限。
1.在模型视窗中，右键点击Optimization解，然后从右键菜单中选择Set Current。
2.在Analysis功能区的Optimization Group中，单击Response工具。 此时将打开Response对话框。
3.定义位移响应。
a)在Response对话框中，输入Disp_Resp作为名称。
b)对于Classification，选择All。
c)对于Response type ，选择Static displacement。
图23.定义位移响应
d)在模型视窗中，选择Bracket主体的角节点。 
图24.选择拐角节点
e)在Response对话框中，单击Apply。
4.定义压力反应。
a)在Response对话框中，输入Stress_Resp作为名称。
b)对于Response type ，选择Static stress homogeneous material。
c)在模型视窗中，选择支架主体。 
图25.选择Bracket Body
d)对于Response Component，选择Von Mises。 
图26.定义应力响应
e)单击Apply。
5.设置Stress响应的限制。
a)在Response对话框中，单击Constraint选项卡。
b)对于Name ，输入Stress_Resp_Constraint。
c)对于Response ，选择Stress_Resp。
d)启用Upper bound复选框并输入200。
e)单击OK。 
图27.定义应力响应的约束
定义响应和响应的约束。
4.5定义目标
此优化的目标是最大化位移。
1.在Analysis功能区的Optimization Group中，单击Objective工具。此时将打开Optimization Objective对话框。
2.在Optimization Objective对话框中，为类型选择Maximize。
3.对于Response ，选择Disp_Resp并单击OK。
图28.定义目标
五、求解并查看结果
5.1解决解决方案
在Model Browser的解决方案选项卡中，右键点击Optimize_Bracket解下的Results，然后从上下文菜单中选择Update。 Solution开始求解。求解后，结果会自动加载回数据库。
5.2解释结果
查看加强筋的优化形状。
1.在Animation工具栏中，单击Deformation Settings图标，然后为Auto scale输入1。
2.对于Deformation ，选择XYZ。
图29.筋板的原始形状和优化形状之间的差异
