ANSYS拓扑优化入门教程：从静力学到模态优化

ANSYS拓扑优化入门教程：从静力学到模态优化

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/LJY123LJYYJ/article/details/140300153

支线任务之结构的拓扑优化

1. 任务来源

近期跟随导师进行了一周的拓扑优化项目，从完全不了解这个概念到逐渐掌握并应用，期间积累了一些心得。为了便于日后复习和深入学习，特将对拓扑优化的理解和初步认知整理记录下来。

2. 拓扑优化概述

拓扑优化是结构优化的一种形式，主要用于优化模型的整体结构布局，如质量和体积等参数。它特别适用于产品初期设计阶段，尤其是针对全新产品，当没有现成的结构可供参考，也没有成功经验可以借鉴时，拓扑优化可以帮助确定产品的最优形状。

拓扑优化主要分为两种类型：静力学分析拓扑优化和模态分析拓扑优化。其基本原理是将模型在结构上的分布关系作为优化参数，在满足设定的边界条件的同时，通过最小化目标函数来优化模型的平滑适应性和固有频率。这与传统的参数优化方法有所不同。

简单来说，拓扑优化就是针对现有结构设定一个优化目标，然后通过ANSYS软件进行一系列迭代计算，不断调整和完善结构，最终达到预定目标并生成新的优化结构。

3. 静力学拓扑优化

模型建立

首先使用SolidWorks建立一个原始支架模型，该模型将用于后续的拓扑优化分析。

导入Workbench并进行网格划分

将创建好的支架模型导入ANSYS Workbench中，选择默认材料结构钢，并进行网格划分。得到的网格模型如下：

设置边界条件并分析

在模型中设置圆孔处为固定支撑，并在支架下表面施加外力。分析结果显示最大总变形为0.058668mm，最大等效应力为23.457MPa。

进行拓扑优化

引入ANSYS中的结构优化模块，并与静力学分析模块实现数据共享。在优化设置中，需要定义优化区域（即需要去除的部分）和排除区域（即需要保留的部分）。本次优化的目标是质量响应目标，即保留50%的质量。

经过优化计算后，得到优化结果如下图所示。接着对优化后的模型进行重构，得到重构模型，并对其进行进一步分析。

4. 模态拓扑优化

模态拓扑优化的流程与静力学拓扑优化基本相同，主要区别在于需要在结构优化设置中添加频率约束条件。