Abaqus，iSIGHT联合仿真实现工字型梁的减重设计

1.       问题描述

       工字型H形钢结构悬臂梁，如图1所示，长度为5000mm, 固定端初始梁高为750mm，梁上下翼水平安置，另一端梁高为固定根部的一半。翼初始宽为400mm,板厚为10mm,梁在一端受到大小为1000KN的集中力。设计合适的翼宽、梁高、转折点位置，使得梁的整体质量最轻，最大应力小于1500MPa,最大位移小于100mm。

图1 H形钢梁

2.       技术路线

为了高效实现该结构减重目的，下面通过使用Abaqus和iSIGHT软件联合仿真有来对梁进行优化设计。

2.1    Abaqus有限元模型

首先建立有限元模型，获得结构的cae和odb文件。建立有限元模型时，需要参数化建模，对结构的尺寸要进行命名标注，如图2，在箭头所指的参数化管理器中完成参数化建模。

图2 参数化模型

2.2    Abaqus和iSIGHT联合仿真

       iSIGHT是一款软件机器人，可与多种软件集成完成数据交换，常用于产品优化设计中。该软件建模主要包含定义问题、搭建流程、变量设计、优化四个过程。图3展示了优化的流程图，将优化模块和Abaqus组件拖拽到如图所示的途中，箭头代表数据流动的方向。双击Abaqus，导入cae软件，选择优化参数梁高、翼宽以及转折点位置，如图4所示。同时，在output菜单中导入odb文件选择最大应力、最大位移和模型质量参数，如图5。双击Optimization插件，进行优化变量设计，先在general菜单里选择优化算法，后续在variable里设置优化变量范围，如图6所示。图7为最大应力，最大位移的约束，在constraints中设置。图8是选择质量为目标函数，使之最小化。

图3 软件集成

图4 输入参数

图5 输出参数

图6 优化变量设计

图7 最大应力、最大位移约束

图8 目标函数

3.       优化结果

       迭代了74次后，总质量由初始的608kg减少到546kg,此时的翼宽为115mm,梁高为1206mm,转折点位置距离为2800mm。应力由原来的2300MPa,减少到1477MPa,位移从160mm下降到100mm。

图9 优化结果对比： (a)优化前；(b)优化后