基于OptiStruct的飞机悬挂接头结构优化设计

基于Optistruct拓扑优化的平衡悬架优化改进研究作者：刘汉如来源：《科技创业月刊》 2014年第10期刘汉如（华菱星马汽车（集团）股份有限公司安徽马鞍山２４３０６１）摘要：为提高平衡悬架优化效率，缩短改进时间，结合Ｏｐｔｉｓｔｒｕｃｔ拓扑优化方法，在３种平衡悬架典型工况和１２种整车运行工况中对平衡悬架进行三维拓扑优化，通过对拓扑优化结果的分析，指导产品改进设计，并在整车运行工况中验证。

对某型号平衡悬架的优化实例表明，改进方案可显著降低平衡悬架应力水平，实现优化目的。

关键词：Ｏｐｔｉｓｔｒｕｃｔ；拓扑优化；平衡悬架中图分类号：TH132文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１4．10．０790 前言重型汽车的平衡悬架上接车架，下连后桥，承担将车架载荷传递向车桥，并调节与之相连的两汽车后桥受载情况的功能。

实际使用中，因重型汽车承载大，道路条件恶劣，平衡悬架承受复杂多变载荷，出现了一些裂纹甚至断裂情况。

一旦出现此类情况，即需对平衡悬架整体进行更换，因此，改进平衡悬架结构以提高使用寿命，对于提高行驶安全性和降低维护成本有重要意义。

Ｏｐｔｉｓｔｒｕｃｔ是Ａｌｔａｉｒ公司仿真分析套件的一部分，在结构的计算机拓扑优化领域应用广泛。

软件可计算约束条件下结构的传力路径，根据传力路径调整材料分布。

但对复杂结构，其优化结果无法直接应用，需要进行分析解读并结合部件结构做出选择。

本文采用多工况优化，分析确定了３种平衡悬架典型工况和１２种整车运行典型工况，在Ｏｐｔｉｓｔｒｕｃｔ中对平衡悬架进行三维拓扑优化，通过分析其优化结果，为平衡悬架改进方案的设计提供方向指导，提高设计效率。

1 模型建立与标定该平衡悬架尺寸为５３５×１６２×４５８ｍｍ，主要包括支架、轴头和轴管三个部分。

平衡悬架与车架通过螺栓连接，经钢板弹簧和推力杆与两后桥相连。

支架采用四面体网格，轴管与轴头采用六面体网格，单元格大小为１０ｍｍ。

基于OptiStruct的结构优化设计方法2008-07-18 16:37摘要：最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术已逐渐发展成熟并成功地应用于产品设计的各个阶段。

本文总结了OptiStruct结构优化设计方法和特点，从优化设计三要素、迭代算法、灵敏度分析等方面阐述了基于有限元法的OptiStruct结构优化的数学基础，给出了OptiStruct结构优化设计流程和步骤。

关键词：结构优化，设计流程，有限元优化设计是以数学规划为理论基础，将设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学理论，以计算机和应用软件为工具，在充分考虑多种设计约束的前提下寻求满足预定目标的最佳设计。

有限元法（FEM）被广泛应用于结构分析中，采用这种方法，任意复杂的问题都可以通过它们的结构响应进行研究。

最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术逐渐发展成熟并成功地应用于产品设计的各个阶段。

Altair OptiStruct是一个面向产品设计、分析和优化的有限元和结构优化求解器，拥有全球先进的优化技术，提供全面的优化方法。

OptiStruct从1993年发布以来，被广泛而深入地应用到许多行业，在航空航天、汽车、机械等领域取得大量革命性的成功应用，赢得多个创新大奖。

一、OptiStruct结构优化方法简介OptiStruct是以有限元法为基础的结构优化设计工具。

它提供拓扑优化、形貌优化、尺寸优化、形状优化以及自由尺寸和自由形状优化，这些方法被广泛应用于产品开发过程的各个阶段。

概念设计优化――用于概念设计阶段，采用拓扑（Topology）、形貌（Topography）和自由尺寸（Free Sizing）优化技术得到结构的基本形状。

详细设计优化――用于详细设计阶段，在满足产品性能的前提下采用尺寸（Size）、形状（Shape）和自由形状（Free Shape）优化技术改进结构。

拓扑、形貌、自由尺寸优化基于概念设计的思想，作为结果的设计空间需要被反馈给设计人员并做出适当的修改。

基于OptiStruct的梁结构优化设计谌勇志;郭劲松;许祖敏;娄茂昆【摘要】针对国内梁结构优化设计应用研究领域的不足,利用有限元及CAE计算机仿真技术对梁的截面进行以减轻质量为目标的结构优化分析.首先利用Hypermesh 进行梁截面的网格划分,其次考虑梁截面的受力方向不同,使用OptiStruct进行模式重复情况下的拓扑优化.最终依据优化结果,对梁截面进行二次设计和工艺优化,以获得满足挠度条件的最轻梁结构.得出了利用有限元及CAE计算机仿真技术进行梁结构优化的一般思路和可行的办法.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2012(000)007【总页数】3页(P57-59)【关键词】有限元;拓扑优化;模式重复;工艺优化;梁【作者】谌勇志;郭劲松;许祖敏;娄茂昆【作者单位】广州汽车集团乘用车有限公司技术部,广州511434;广州汽车集团乘用车有限公司技术部,广州511434;广州汽车集团乘用车有限公司技术部,广州511434;广州汽车集团乘用车有限公司技术部,广州511434【正文语种】中文0 引言汽车轻量化是汽车工业发展的必然趋势，是实现节约能源、减少排放的有效方法［1－2］。

汽车轻量化包括车身轻量化和工装轻量化，工装结构的轻量化常常被忽视。

梁结构广泛用于汽车工装中，其结构可分为:(1)回字形或工字形梁，采用焊接连接，用于简单工装;(2)米思米梁和麦格纳梁，结构采用螺栓连接，用于复杂工装，具有能动性。

传统的梁截面的设计遵循既有的规范、准则和经验，缺少对受力和变形的关注。

从企业降低生产成本和提高自主研发能力的角度来说，需要优化现有的梁结构，设计出满足受力条件的最轻梁结构。

笔者的目的主要是解决由于梁结构不够合理所引起的成本浪费的问题。

如果将CAE仿真技术应用到工装的设计及优化上，将会打破设计人员的传统设计思维，得到一些新的设计思路，这将有利于工装结构向更加合理的方向发展，以达到汽车轻量化生产的目的。

10.16638/ki.1671-7988.2021.09.021基于OptiStruct的副车架悬置安装点动刚度优化韦健，曾桂芬，王振东（广西艾盛创制科技有限公司，广西柳州545006）摘要：文中主要介绍利用HyperMesh_OptiStruct模块对某乘用车副车架进行形貌优化，以提高副车架悬置安装点的动刚度水平。

方法以响应点的加速度为约束，以刚度最大化为目标，对副车架进行形貌优化分析，并对优化前后的模型进行动刚度计算，验证了优化方法的有效性。

关键词：OptiStruct；副车架；形貌优化；动刚度中图分类号：U463.32+4 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2021)09-79-03Optimization of the Inching Stiffness of Mount Based on OptiStructWei Jian, Zeng Guifen, Wang Zhendong( Guangxi Aisheng Chuang Technology Co., Ltd., Guangxi Liuzhou 545006 )Abstract:In this paper, the HyperMesh_OptiStruct module is mainly used to optimize the morphology of a passenger car subframe, so as to improve the dynamic stiffness level of the mounting point of the subframe. Methods With the acceleration of response point as the constraint and stiffness maximization as the goal, the morphology optimization of the sub-frame was carried out, and the model's moving stiffness before and after optimization was calculated, which verified the effectiveness of the optimization method.Keywords: OptiStruct; Subframe; Morphology optimization; Dynamic stiffnessCLC NO.: U463.32+4 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2021)09-79-03引言汽车副车架是连接车身与底盘的重要部件，同时发动机的一个悬置点也安装在副车架上。

基于optistruct碳纤维复合材料薄壁结构优化设计研究基于OptiStruct 碳纤维复合材料薄壁结构优化设计研究是一个非常重要和有挑战性的领域。

碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳等优点，在航空航天、汽车、体育器材等领域得到了广泛的应用。

在进行碳纤维复合材料薄壁结构的优化设计时，需要考虑多种因素，如结构的强度、刚度、稳定性、轻量化等。

OptiStruct 可以帮助设计师在满足设计要求的前提下，找到最优的结构形式和尺寸，从而提高结构的性能和经济性。

在进行基于OptiStruct 的碳纤维复合材料薄壁结构优化设计研究时，需要进行以下几个方面的工作：
1. 建立准确的有限元模型：使用有限元分析软件建立碳纤维复合材料薄壁结构的有限元模型，并进行网格划分和边界条件设置。

2. 定义优化问题：根据设计要求和目标，确定优化的变量、约束条件和目标函数。

3. 选择优化算法：选择适合的优化算法，如遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法等。

4. 进行优化计算：使用OptiStruct 进行优化计算，不断调整设计变量，直到达到最优解。

5. 结果分析和验证：对优化结果进行分析和验证，检查是否满足设计要求和目标。

需要注意的是，在进行碳纤维复合材料薄壁结构优化设计时，需要考虑制造工艺的限制和实际工程需求，以确保优化结果的可行性和可制造性。

总之，基于OptiStruct 的碳纤维复合材料薄壁结构优化设计研究是一个复杂而有挑战性的工作，需要综合考虑多种因素，包括结构性能、制造工艺和实际工程需求等。

通过优化设计，可以提高结构的性能和经济性，为实际工程应用提供有力的支持。

基于OptiStruct的结构优化设计方法作者：张胜兰优化设计是以数学规划为理论基础，将设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学理论，以计算机和应用软件为工具，在充分考虑多种设计约束的前提下寻求满足预定目标的最佳设计。

有限元法（FEM）被广泛应用于结构分析中，采用这种方法，任意复杂的问题都可以通过它们的结构响应进行研究。

最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术逐渐发展成熟并成功地应用于产品设计的各个阶段。

一、OptiStruct结构优化方法简介OptiStruct是以有限元法为基础的结构优化设计工具。

它提供拓扑优化、形貌优化、尺寸优化、形状优化以及自由尺寸和自由形状优化，这些方法被广泛应用于产品开发过程的各个阶段。

概念设计优化――用于概念设计阶段，采用拓扑（Topology）、形貌（Topography）和自由尺寸（Free Sizing）优化技术得到结构的基本形状。

详细设计优化――用于详细设计阶段，在满足产品性能的前提下采用尺寸（Size）、形状（Shape）和自由形状（Free Shape）优化技术改进结构。

拓扑、形貌、自由尺寸优化基于概念设计的思想，作为结果的设计空间需要被反馈给设计人员并做出适当的修改。

经过设计人员修改过的设计方案可以再经过更为细致的形状、尺寸以及自由形状优化得到更好的方案。

最优的设计往往比概念设计的方案结构更轻，而性能更佳。

表1简单介绍各种方法的特点和应用。

OptiStruct提供的优化方法可以对静力、模态、屈曲、频响等分析过程进行优化，其稳健高效的优化算法允许在模型中定义成千上万个设计变量。

设计变量可取单元密度、节点坐标、属性（如厚度、形状尺寸、面积、惯性矩等）。

此外，用户也可以根据设计要求和优化目标，方便地自定义变量。

在进行结构优化过程中，OptiStruct允许在有限元计算分析时使用多个结构响应，用来定义优化的目标或约束条件。

OptiStruct支持常见的结构响应，包括：位移、速度、加速度、应力、应变、特征值、屈曲载荷因子、结构应变能、以及各响应量的组合等。

基于Altair OptiStruct的复合材料优化技术Altair OptiStruct是一个是以有限元法为基础，面向产品设计、分析和优化的有限元和结构优化求解器，拥有全球最先进的优化技术，提供最全面的优化方法，包括拓扑优化、形貌优化、尺寸优化、形状优化以及自由尺寸和自由形状优化。

这些方法可以对静力、模态、屈曲、频响等分析过程进行优化，其稳健高效的优化算法允许在模型中定义上百万个设计变量，支持常见的结构响应，包括：位移、速度、加速度、应力、应变、特征值、屈曲载荷因子、结构柔度、以及各响应量的组合等。

此外，OptiStruct提供了丰富的参数设置，包括优化求解参数和制造加工工艺参数等，方便用户对整个优化过程进行控制，确保优化结果便于加工制造，从而极其具有工程实用价值。

OptiStruct自从1993年发布以来，被广泛而深入地应用到各行各业，在航空航天、汽车、机械等领域取得了大量革命性的成功应用，赢得了多个创新大奖。

特别是在金属结构件优化方面，OptiStruct的技术已经非常成熟，目前欧洲和美国几乎所有的正在研发的汽车和飞机都采用了结构优化技术，进行了大量的系统级布局优化，零部件减重和性能提高设计。

目前，复合材料以其比强度、比模量高，耐腐蚀、抗疲劳、减震、破损安全性能好等优点，在工业界取得了越来越多的应用，特别是在航空航天方面，由于钢铁和有色合金很难满足日趋苛刻的重量，力学等设计性能要求，复合材料更是得到了广泛的应用，例如波音787飞机超过50％重量的零部件采用复合材料制造。

图1 波音787飞机材料分布OptiStruct提供了从金属到复合材料的完整的优化解决方案，特别是其最新版本9.0，支持从最初的零件结构样式，到铺层形状和厚度分布，到铺层角度和层数的优化，到最终铺层层叠次序的各个阶段的优化设计方法，可以考虑各铺层的应力、应变、失效，屈曲等性能约束，提供了前所未有的复合材料优化解决方案，包括以下四个阶段：拓扑优化拓扑优化的基本思想是将寻求结构的最优拓扑/布局问题转化为在给定的设计区域内寻求材料最优分布的问题。

基于OptiStruct的结构优化设计方法作者：张胜兰优化设计是以数学规划为理论基础，将设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学理论，以计算机和应用软件为工具，在充分考虑多种设计约束的前提下寻求满足预定目标的最佳设计。

有限元法（FEM）被广泛应用于结构分析中，采用这种方法，任意复杂的问题都可以通过它们的结构响应进行研究。

最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术逐渐发展成熟并成功地应用于产品设计的各个阶段。

一、OptiStruct结构优化方法简介OptiStruct是以有限元法为基础的结构优化设计工具。

它提供拓扑优化、形貌优化、尺寸优化、形状优化以及自由尺寸和自由形状优化，这些方法被广泛应用于产品开发过程的各个阶段。

概念设计优化――用于概念设计阶段，采用拓扑（Topology）、形貌（Topography）和自由尺寸（Free Sizing）优化技术得到结构的基本形状。

详细设计优化――用于详细设计阶段，在满足产品性能的前提下采用尺寸（Size）、形状（Shape）和自由形状（Free Shape）优化技术改进结构。

拓扑、形貌、自由尺寸优化基于概念设计的思想，作为结果的设计空间需要被反馈给设计人员并做出适当的修改。

经过设计人员修改过的设计方案可以再经过更为细致的形状、尺寸以及自由形状优化得到更好的方案。

最优的设计往往比概念设计的方案结构更轻，而性能更佳。

表1简单介绍各种方法的特点和应用。

OptiStruct提供的优化方法可以对静力、模态、屈曲、频响等分析过程进行优化，其稳健高效的优化算法允许在模型中定义成千上万个设计变量。

设计变量可取单元密度、节点坐标、属性（如厚度、形状尺寸、面积、惯性矩等）。

此外，用户也可以根据设计要求和优化目标，方便地自定义变量。

在进行结构优化过程中，OptiStruct允许在有限元计算分析时使用多个结构响应，用来定义优化的目标或约束条件。

OptiStruct支持常见的结构响应，包括：位移、速度、加速度、应力、应变、特征值、屈曲载荷因子、结构应变能、以及各响应量的组合等。

optistruct优化结构方法OptiStruct优化结构方法OptiStruct是一种广泛应用于结构优化的工程分析软件。

它提供了一种有效的方式来优化结构设计，以满足特定的性能指标和约束条件。

OptiStruct基于有限元法和数值优化技术，可以在设计过程中自动寻找最佳的结构形状和尺寸。

结构优化是一种通过调整结构的形状、尺寸和材料来改善其性能的方法。

优化的目标可以是最小化结构的重量、最大化结构的刚度或最小化结构的应力等。

在过去，工程师们通常依靠经验和试错的方法来进行结构设计，这种方法效率低下且耗时长。

而OptiStruct的出现极大地提高了结构优化的效率和精度。

OptiStruct使用数值优化技术来解决结构优化问题。

数值优化是一种通过迭代计算来寻找最佳解决方案的方法。

在OptiStruct中，用户需要定义设计变量、目标函数和约束条件。

设计变量是用来描述结构的形状、尺寸和材料等参数，目标函数是用户希望优化的性能指标，约束条件是用户希望满足的限制条件。

OptiStruct会根据用户定义的问题进行计算，通过不断调整设计变量，最终找到最佳的结构解决方案。

OptiStruct支持多种优化方法，包括拓扑优化、尺寸优化和拼接优化等。

拓扑优化是一种通过改变结构的拓扑形状来优化结构性能的方法。

它可以自动去除不必要的材料，并将有限元模型重新分配材料，以实现结构的最佳性能。

尺寸优化是一种通过调整结构的尺寸来优化结构性能的方法。

它可以自动调整结构的尺寸，以实现最小的重量或最大的刚度等性能指标。

拼接优化是一种通过调整结构的连接方式来优化结构性能的方法。

它可以自动寻找最佳的连接方式，以实现最小的应力或最大的刚度等性能指标。

OptiStruct提供了用户友好的界面，使得结构优化变得简单而直观。

用户只需要按照软件的提示，逐步定义问题的参数和约束条件，OptiStruct会自动进行计算和优化。

同时，OptiStruct还提供了丰富的结果分析和可视化功能，方便用户对优化结果进行评估和验证。