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Abaqus|三角架拓扑优化及其逆向建模

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1.前言

前面几个有关拓扑优化的案例都只对结构进行了拓扑优化,而对其优化结果并没有进行几何重构。下面通过三角架案例来展现一个完整的优化过程。

2. 问题描述

图1为待优化的三角架样板,对其进行在固定两个圆孔(左边)以及在剩下的一个圆孔施加大小为200N的集中力下的拓扑优化以及逆向建模。目标为刚度最大,约束为体积减少为原来的50%。

三角架模型.png

图1 三角架模型

3. 拓扑优化

本节简要介绍拓扑优化的操作步骤设置以及优化结果。

3.1优化设置

图2展示了其三角架需要设计的区域,带有红色圆圈的部分不参与优化设计。在建立该模型时,为了方便施加集中力,模型沿着中面被切分成了两部分。

设计区域.png

图2 设计区域

3.2  优化结果

图3-图4为优化前后的应力和位移对比图,由图可知,结构拓扑优化后,最大应力和位移大约是原来原来的两倍。从优化结果来看,拓扑优化主要是对刚度影响不大的区域进行删除,例如拓扑优化前的云图蓝色应力区域。

应力.png

图3优化前后应力对比

位移.png

图4 位移对比

3.3        平滑处理

在Tosca界面对上述拓扑结构的进行平滑处理,如图5所示,不难看出平滑后的结构更加光顺。但由于导出文件是非实体结构文件stl,需要对其进行实体转换。

平滑.png

图5 平滑结构

4.逆向建模

逆向建模的目的是对优化结果进行检验,而将Tosca结果文件stl转换为实体模型是最主要的一个步骤,有限元分析只能对实体模型才能进行模型修正以及后续力学分析。这里我通过使用Geomagic wrap 2017软件(一款逆向建模软件),进行实体就转换,主要用到的命令模块是精准曲面模块。这个模块可以对模型的边界自动进行探测,从而建立起了模型的几何轮廓。依次点击红色线框,即可完成实体模型模型的转换,其结果如图7,需要注意的是逆向模型与原模型不会完全一样。

逆向过程.png

图6 逆向建模过程

逆向建模.png

图7 逆向实体模型

5.结论

本案例对三角架进行了拓扑优化,并通过逆向软件对其拓扑结果进行了重建,从而可以对该模型进行有限元分析来验证其优化结果的合理性。

ToscaAbaqus
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首次发布时间:2021-09-17
最近编辑:2年前
仿真社
硕士 ABAQUS/LS-DYNA探索者
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