《Ansys拓扑优化》PPT课件

拓扑优化简介及在ANSYS软
件中的实现
ANSYS TRAINING
主要内容
1
2 3
拓扑优化概述 ANSYS中拓扑优化过程 实例讲解
ANSYS TRAINING
拓扑优化概述
ANSYS TRAINING
拓扑优化概述
工程结构优化
尺寸优化：以几何尺寸为设 计变量,而材料的性质,结构
的拓扑和几何形状保持不变
ANSYS TRAINING
实例讲解
实例二 力热载荷综合作用下的拓扑优化
3.3KN
换热系数 （Wm-2K）
在实例一中的模型上施加热边界条件如下：
位置 温度（K）
长×宽=160 ×120
1 2 3
1358.37 293 363
1092.36 105.3 13433
6.5MPa
ANSYS TRAINING
• GUI操作对应命令流的输出
– 单步查看 – 最终整体输出
Help is very helpful！
ANSYS TRAINING
实例讲解
实例一 力载荷下的拓扑优化
对一长正方形平板零件，底边中部受到均匀的压力6.5MPa，顶部两
侧受到集中载荷3.3KN。本问题的目标是在体积减少70%的条件下，
结构的柔顺度最小。 3.3KN
实例讲解
热-结构耦合分析
耦合方法
采用顺序耦合分析的方法，即首先进行整机温度场分析，然 后利用热分析结果即节点温度作为“体载荷”施加到随后的 结构分析中。
分析流程
温度场 边界条件 清除 物理环境 转换 单元 保存温度场 物理环境 转换 材料属性 温度场 计算 转换 接触算法 设置 参考温度 设置 边界条件
–PLNSOL,TOPO –or General Postproc > Plot Results > Nodal Solution… –红色表示要保留的材料 (pseudo-density 1.0)； –蓝色表示可以去掉的材料 (pseudo-density 0.0)。

2000年代
推出ANSYS Workbench，实 现多物理场耦合分析。
1970年代
ANSYS公司成立，开始开发有 限元分析（FEA）软件。
1990年代
扩展软件功能，增加流体动力 学、电磁场等分析模块。
2010年代
持续更新和优化，加强与CAD 软件的集成，提高计算效率和 精度。
软件应用领域
航空航天
2023
PART 07
后处理与可视化
REPORTING
结果查看与图表生成
结果查看
通过后处理，用户可以查看分析结果，如应力、应变、位移等。
图表生成
根据分析结果，可以生成各种类型的图表，如柱状图、曲线图、等值线图等，以便更直观地展示结果 。
可视化技术
云图显示
通过云图显示，可以清晰地展示模型 的应力、应变分布情况。
压力载荷等。
在设置边界条件和载荷 时，需要考虑实际工况 和模型简化情况，确保 分析的准确性和可靠性
。
求解和后处理
求解是ANSYS分析的核心步骤，通过求解可以得到模型在给定边界条件和 载荷下的响应。
ANSYS提供了多种求解器，如稀疏矩阵求解器、共轭梯度求解器等，可以 根据需要进行选择。
后处理是分析完成后对结果的查看和处理，ANSYS提供了丰富的后处理功 能，如云图显示、动画显示等。
VS
详细描述
非线性分析需要使用更复杂的模型和算法 ，以模拟结构的非线性行为。通过非线性 分析，可以更准确地预测结构的极限载荷 和失效模式，对于评估结构的可靠性和安 全性非常重要。
2023
PART 04
流体动力学分析
REPORTING
流体静力学分析
静力学分析用于研究流体在静 止或准静止状态下的压力、应

9
10
11
12
13
14
15
0.1076 E-01
0.8359 E+08
0.1062 E-01
0.1164 E+09
0.1076 E-01
0.7388 E+08
0.1062 E-01
0.2272 E+08
0.1077 E-01
0.4708 E+08
0.1062 E-01
0.3377 E+08
0.1078 E-01
Ai Ai Ai (i=1, ...,1 5)
案例模型
案例模型 Ansys优化设计
问题解决 总结与经验
Ansys优化设计
Ansys桁架优化分析基本步骤
建立桁架 模型
静力分析
优化分析
优化结果 后处理
Ansys优化设计
表1 初始截面A=1时一阶优化截面大小及应力大小
截面号
1
2
3
4
5
6
7
8
15mami案例模型桁架结构优化问题的数学模型案例模型问题解决总结与经验ansys优化设计ansys优化设计建立桁架模型静力分析优化分析优化结果后处理ansys桁架优化分析基本步骤ansys优化设计初始截面a1时一阶优化截面大小及应力大小截面号01065e0101062e0101062e0101590e0101045e0101850e0107094e0201061e01截面应力07128e0701913e0802272e0801581e0901470e0901096e0901607e0901211e09截面号101112131415截面面积01076e0101062e0101076e0101062e0101077e0101062e0101078e01截面应力08359e0801164e0907388e0802272e0804708e0803377e0803168e08wt49021kgansys优化设计优化结果随优化次数变化规律ansys优化设计截面应力大小随优化次数变化规律ansys优化设计截面大小随优化次数变化规律ansys优化设计初始截面面积为0001时优化截面大小及应力大小截面号01065e0101062e0101062e0101532e0101045e0101743e0107094e0201061e01截面应力07127e0701909e0802273e0801646e0901463e0901660e0901433e0901095e09截面号101112131415截面面积01080e0101062e0101077e0101062e0101077e0101062e0101078e01截面应力08366e0801164e0907381e0802273e0804708e0803377e0803168e08wt48525kgansys优化设计优化结果随优化次数变化规律ansys优化设计一阶方法通过对目标函数添加罚函数将问题转换为非约束的一阶方法将真实的有限元结果最小化

启动ANSYS(续)
当显示出这六个窗 口后，就可以使用 ANSYS了.
ANSYS窗口
1-2. ANSYS GUI中六个窗口的总体功能
Objective
输入 显示提示信息，输入 ANSYS命令，所有输入 的命令将在此窗口显示 。
应用菜单 包含例如文件管理、选 择、显示控制、参数设 置等功能.
主菜单 包含ANSYS的主要功能 ，分为前处理、求解、 后处理等。
12.ANSYS/DesignSpace ：该模块是 ANSYS 的低端产品， 适用与设计工程师在产品概念设计初期对产品进行基 本分析，以检验设计的合理性。其分析功能包括：线 性静力分析、模态分析、基本热分析、基本热力耦合 分析、拓扑优化。其他功能有： CAD模型读取器、自 动生成分析报告、自动生成ANSYS数据库文件、自动 生成 ANSYS 分析模板。产品详细分类： DesignSpace for MDT DesignSpace for SolidWorks Standalone DesignSpace ：（支持的 CAD 模型有： Pro/E 、 UG 、 SAT、Parasoild） 13.ANSYS/Connection ： ANSYS 与 CAD 软件的接口产品。 可以将CAD模型数据或国际标准格式 CAD模型数据直 接读入并进行任意 ANSYS 支持的分析。目前支持的 CAD软件有：Pro/E、UG、CADDS。支持的国际标准 格式有：IGES、SAT、Parasolid.
3. 热分析 ●稳态、瞬态温度场分析 ●热传导、热对流、热辐射分析 ●相变分析 ●材料性质、边界条件随温度变化 4. 电磁分析 ●静磁场分析－计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场 ●交变磁场分析－ 计算由于交流电(AC)产生的磁场 ●瞬态磁场分析－计算随时间随机变化的电流或外界 引起的磁场 ●电场分析－用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的 物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。 ●高频电磁场分析－用于微波及RF无源组件，波导、 雷达系统、同轴连接器等分析。

谢谢！
拓扑优化算法及其实现111 详解
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿

21
22. 在需要的响应点上点击鼠标右
键选择Insert as Design Point，将
其插入到设计点
22
响应点不能和此处给出的一样！
WS1-11
作业1
26
Training Manual
23. 返回到 Project Page
23
24. 双击 Parameter set
24
25. 更新所有设计点
7. 在 Outline of all parameters中点击选中 参数P2
7
8. 双击 Design Point vs P2 显示图形
8
WS2-6
Training Manual
作业 2 – what if 分析
9. 双击 Parameters Parallel Chart (all)
9
图表的底部和顶部显示了对应参数的范围
输出参数：
Mass（质量） Equivalent stress（等效应力） Total deformation（整体变形）
WS1-2
Training Manual
ds_cutout
作业1
1
1. File>Open>Link1.dsdb
2. 双击Parameter Set，检查所有 输入和输出参数。
作业 2 What if分析
多目标优化设计
WS2-1
作业 2 – what if 分析
• Goal（目标）
– 使用参数管理器探索如图所示结构的应力、质量和变 形行为，因为在垂直载荷的ห้องสมุดไป่ตู้用下，几何参数是在发 生变化的。
• Model Description（模型描述）
– Design Modeler生成的模型由三个组件组成，约束和 载荷如右图所示。

所有结点均位于对称面上，这时板或梁单元的刚度应取整
个单元刚度的1/2，而不是取1/2的单元的全部强度
3、用对称法分析时应当使对称面不在最大应力处
2021/3/26
ansys仿真分析 ppt课件
11
ansys仿真分析
主要包括：
1、各向同性材料（材料在任意一点沿任何方向的性
能（力学、热学）均相同，包括所以金属材料）
模型误差
1、离散误差
2、边界误差
3、单元形状误差
计算误差
1、舍入误差
2、截断误差
截断误差除与计算方式有关外，还与模型的大小有关
2021/3/26
ansys仿真分析 ppt课件
7
ansys仿真分析
提高单元的阶次 增加单元数量 划分规则的单元形状 建立与实际工况相符的边界条件 减小模型的大小 注意：当单元数和节点数增高时计算的累计误差也会增加，
对面的网格划分选择 Quad,对体的网格 划分选择 Hex, 点击 Map. 其中通常采用的尺寸控制和级别如下:
线尺寸 [LESIZE] 级别较高. 若指定了总体单元尺寸, 它将用于 “未给
定尺寸的” 线. 缺省的单元尺寸 [DESIZE]仅在未指定
ESIZE时用于 “未给定尺寸的” 线上. (智能网格划分 无效.)
所以并不是单元数多，单元阶次高就好。
2021/3/26
ansys仿真分析 ppt课件
8
ansys仿真分析
1、降维处理：将实体单元转化为二维平面单元或转化 为杆或者梁单元
2、细节简化：将 不必要的细节忽略（对整体分析影响 不大或离关键部位较远）
3、形式变换：将某些形状多样，难于进行网格划分的 实体单元进行转换为容易操作的实体类型，如将加强筋转 换为平面单元进行分析

运行模拟并等待结果输出，进行模型分析
根据分析结果进行可视化和数据输出，进行分 析和参数调整
ANSYS的模拟实例
1
情景二：电信领域的射频开
2
关设计
分析电路中信号的耦合和系统的灵敏
度，提高通讯质量
3
情景一：沉浸式周围声场仿真
解决声场问题，提高游戏/电影音效 的真实感和观感
情景三：集成电路级超导带 宽解调器
半导体生产仿真
ANSYS模拟了半导体生产的各个方面，不仅节约 了时间和金钱，同时也提供了更优质的产品。
电子显微镜实现
ANSYS电子显微镜可以匹配实验结果，以便进行 更深入的材料分析。
ANSYS的基本操作方法
法
确定清晰的设计目标和对应的边界条件和材料 参数
选择适当的分析方案、网格分析密度、计算环 境和可能的非线性参数
《ANSYS教程》PPT课件
在这份PPT课件中，您将了解到ANSYS的基本原理和概念，以及在不同应用领 域如何使用ANSYS进行模拟分析，为您的工程实践带来变革性的帮助。
什么是ANSYS
技术领袖
ANSYS是计算机仿真和虚拟设计提供商的全 球领导者。
创新应用
ANSYS在空气动力学、声学建模、自动驾驶 汽车等方面处于行业前列。
多适应性
无论是电子、机械还是材料方面，ANSYS提 供了一整套仿真解决方案。
强大网络
ANSYS拥有众多的合作伙伴和客户，可在一 系列行业和领域中提供支持。
ANSYS的应用领域
流体力学分析
ANSYS可以用于模拟汽车、火箭、飞机、船舶等 的风险分析。
建筑设计模拟
ANSYS可用于建筑结构的强度和稳定性评估，确 保建筑物在使用寿命内不发生结构破坏。

ANSYS 入门
…启动 ANSYS
命令行 <续>
典型的开始选项中,通常命令选择项有:
-g
<开始后将自动显示 GUI>
-p
产品代码
-d
图形设备
-j
工作名称
-m 内存
工作目录是命令运行的目录.
参考您的 ANSYS安装和配置手册获取命令行的详细信息.
ANSYS 入门
B. 图形用户界面
• 进入 ANSYS 后显示如下的 GUI窗口:
• 在本章中,我们将讨论怎样进入和退出 ANSYS,怎样运用 GUI方式 和在线帮助,如何用 ANSYS生成数据库和文件.
• 主题: • A. 启动 ANSYS • B. GUI方式 • C. 显示图形拾取功能 • D. 在线帮助 • E. 数据库和文件 • F. 退出 ANSYS • G. 练习
ANSYS 入门
ANSYS . • 如果不采用交互方式,输入文件的错误将导致批处理终止. • 例如求解,最好的操作方式是不需要用户干预的. • 在本学习过程中,我们将主要讲解交互式操作.
ANSYS 入门
…启动 ANSYS
启动 <续>
在弹出的 启动对话框中按Interactive按钮:
ANSYS产品
工作目录 –所有文件将要存贮的目录.
具条,方便使用.
图形 显示由 ANSYS 创 建或传入ANSYS的
图形.
ANSYS入门
... GUI方式
主菜单
包括分析所需的主要功能. 在进行下一个功能之前,重叠的独立窗口允许您完成所有
必须的操作. 约定:
"…"表示产生一个对话框 " +"表示图形拾取 " >"表示将产生下一个子菜单 " " <空缺>表示运行一个ANSYS命 令