Abaqus拓扑优化实例

2017-09-24  by:CAE仿真在线  来源:互联网

拓扑优化是在优化迭代循环中,以最初模型为基础,在满足优化约束(比如最小体积或最大位移)的前提下,不断修改指定优化区域单元的材料属性(单元密度和刚度),有效的从分析模型中移走单元从而获得最优设计。其主体思想是把寻找结构最优化的拓扑问题转化为给定设计区域寻求最优材料分布的问题。下面以一个简单的实例展示拓扑优化在Abaqus中实现的主要流程。

1. 模型的描述

模型为横梁,长50mm,高15mm,厚1mm。材料为低碳钢,密度7.9e-t/mm3,弹性模量2e5,泊松比0.3。优化的目标:求在体积减少50%的情况下,按照应变能最小,进行拓扑优化。

图1 模型示意图

2. 有限元模型的建立

建模时,采用2D的Shell模型,用平面应力单元进行网格划分,并创建一个静态分析步。

边界:横梁上边左右两端点为固定支撑,如图2所示

载荷:下边线中点受集中力F=10N,如图3所示。

图2 横梁上边两端点固支约束

图3 横梁下边中点受向下10N载荷

3. 基础模型的分析结果

图4 基础模型的Mises应力云图

4. 创建优化任务

进入Abaqus的优化模块,单击工具栏中的创建优化工具,在弹出的优化任务对话框中选择拓扑优化任务,并编辑优化任务,冻结载荷和边界区域,如图5所示。

图5创建设计响应

5.优化任务定义

单击工具栏中的创建设计响应工具,选择Single-term。分别创建应变能设计响应、中点位移设计响应以及体积的设计响应,如图6所示。

图6 创建设计响应

6. 创建目标函数

单击工具栏中的创建目标函数工具,并编辑目标函数,目标函数设置为应变能最小,如图7所示。

图7创建目标函数

7. 创建约束

单击工具栏中的创建约束工具,在弹出的对话中,对中点位移和体积进行约束,如图8所示。

图8 创建约束

8. 创建优化进程及结果

进入Job?？?单击工具栏中的创建优化进程工具,设置最大循环次数为50。

模型计算了29次后结束,下图为优化过程中一些典型拓扑结果。

第四次循环后

第十二次循环后

第二十九次循环后

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