(完整版)Abaqus优化设计和敏感性分析高级教程

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(完整版)Abaqus分析实例(梁单元计算简支梁的挠度)精讲

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Abaqus分析实例(梁单元计算简支梁的挠度)精讲ABAQUS计畀捲导0 : 应用梁单元计算简支梁的挠度o对于梁的分析可以使用梁单元、壳单元或是固体单元。

Abaqus的梁单元需要设定线的方向,用选中所需要的线后,输入该线梁截面的主轴1方向单位矢量(x,y,z),截面的主轴方向在截面Profile设定中有规定。

注意:因为ABAQUS软件没有UNDO功能,在建模过程中,应不时地将本题的CAE模型(阶段结果)保存,以免丢失已完成的工作。

简支梁,三点弯曲,工字钢构件,结构钢材质,E=210GPa,尸0.28, p=7850kg/m3 (在不计重力的静力学分析中可以不要)。

F=10kN,不计重力。

计算中点挠度,两端转角。

理论解:I =2.239 X 10-5m, w中=2.769 X 10-3m B边=2.077 X 10-3。

文件与路径:顶部下拉菜单File, Save As ExpAbq00 。

一部件1 创建部件:Module, Part, Create Part, 命名为Prat-1; 3D,可变形模型,线,图形大约范围10(程序默认长度单位为m)。

2绘模型图:选用折线,从(0,0)T(2,0)T(4,0)绘出梁的轴线。

3 退出:Done。

二性质1 创建截面几何形状:Module , Property, Create Profile ,命名为Profile-1,选I 型截面,按图输入数据,1=0.1 , h=0.2 , b l =0.1 , b2=0.1 , t l=0.01 ,t 2 = 0.01 , t 3=0.01 ,关闭。

2 定义梁方向:Module , Property , Assign Beam Orientation ,选中两段线段,输入主轴 1 方向单位矢量(0,0,1)或(0,0,-1) ,关闭。

3 定义截面力学性质:Module ,Property ,Create Section,命名为Section-1,梁,梁,截面几何形状选Profile-1 ,输入E=210e9 (程序默认单位为N/m2,92GPa=10 N/m),G=82.03e9 , v0.28,关闭。

总结Abaqus操作技巧总结(个人)演示教学

总结Abaqus操作技巧总结(个人)演示教学

总结Abaqus操作技巧总结(个人)演示教学Abaqus操作技巧总结打开abaqus,然后点击file——set work directory,然后选择指定文件夹,开始建模,建模完成后及时保存,在进行运算以前对已经完成的工作保存,然后点击job,修改inp文件的名称进行运算。

切记切记1、如何显示梁截面(如何显示三维梁模型)显示梁截面:view->assembly display option->render beam profiles,自己调节系数。

2、建立几何模型草绘sketch的时候,发现画布尺寸太小了1)这个在create part的时候就有approximate size,你可以定义合适的(比你的定性尺寸大一倍);2)如果你已经在sketch了,可以在edit菜单--sketch option ——general--grid更改3、如何更改草图精度可以在edit菜单--sketch option ——dimensions--display——decimal更改如果想调整草图网格的疏密,可以在edit菜单--sketch option ——general——grid spacing中可以修改。

4、想输出几何模型part步,file,outport--part5、想导入几何模型?part步,file,import--part6、如何定义局部坐标系Tool-Create Datum-CSYS--建立坐标系方式--选择直角坐标系or柱坐标系or球坐标7、如何在局部坐标系定义载荷laod--Edit load--CSYS-Edit(在BC中同理)选用你定义的局部坐标系8、怎么知道模型单元数目(一共有多少个单元)在mesh步,mesh verify可以查到单元类型,数目以及单元质量一目了然,可以在下面的命令行中查看单元数。

Query---element 也可以查询的。

9、想隐藏一些part以便更清楚的看见其他part,edge等view-Assembly Display Options——instance,打勾10、想打印或者保存图片File——print——file——TIFF——OK11、如何更改CAE界面默认颜色view->Grahphic options->viewport Background->Solid->choose the wite colour!然后在file->save options.12、如何施加静水压力hydrostaticload --> Pressure, 把默认的uniform 改为hydrostatic。

(完整版)Abaqus帮助文档整理汇总,推荐文档

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Abaqus 使用日记Abaqus标准版共有“部件(part)”、“材料特性(propoterty)”、“装配(assemble)”、“计算步骤(step)”、“交互(interaction)”、“加载(load)”、“单元划分(mesh)”、“计算(job)”、“后处理(visualization)”、“草图(sketch)”十大模块组成。

建模方法:一个模型(model)通常由一个或几个部件(part)组成,“部件”又由一个或几个特征体(feature)组成,每一个部分至少有一个基本特征体(base feature),特征体可以是所创建的实体,如挤压体、切割挤压体、数据点、参考点、数据轴,数据平面,装配体的装配约束、装配体的实例等等。

1.首先建立“部件”(1)根据实际模型的尺寸决定部件的近似尺寸,进入绘图区。

绘图区根据所输入的近似尺寸决定网格的间距,间距大小可以在edit菜单sketcher options选项里调整。

(2)在绘图区分别建立部件中的各个特征体,建立特征体的方法主要有挤压、旋转、平扫三种。

同一个模型中两个不同的部件可以有同名的特征体组成,也就是说不同部件中可以有同名的特征体,同名特征体可以相同也可以不同。

部件的特征体包括用各种方法建立的基本特征体、数据点(datum point)、数据轴(datum axis)、数据平面(datum plane)等等。

(3)编辑部件可以用部件管理器进行部件复制,重命名,删除等,部件中的特征体可以是直接建立的特征体,还可以间接手段建立,如首先建立一个数据点特征体,通过数据点建立数据轴特征体,然后建立数据平面特征体,再由此基础上建立某一特征体,最先建立的数据点特征体就是父特征体,依次往下分别为子特征体,删除或隐藏父特征体其下级所有子特征体都将被删除或隐藏。

××××特征体被删除后将不能够恢复,一个部件如果只包含一个特征体,删除特征体时部件也同时被删除×××××2.建立材料特性(1)输入材料特性参数弹性模量、泊松比等(2)建立截面(section)特性,如均质的、各项同性、平面应力平面应变等等,截面特性管理器依赖于材料参数管理器(3)分配截面特性给各特征体,把截面特性分配给部件的某一区域就表示该区域已经和该截面特性相关联3.建立刚体(1)部件包括可变形体、不连续介质刚体和分析刚体三种类型,在创建部件时需要指定部件的类型,一旦建立后就不能更改其类型。

ABAQUS分析教程要点

ABAQUS分析教程要点

ABAQUS分析教程要点ABAQUS是一种基于有限元法的通用有限元分析软件,广泛用于工程设计和材料分析。

它的应用范围包括结构力学、固体力学、流体力学、热传导、电磁场和耦合场分析等。

本文将重点介绍ABAQUS分析的基本要点,以帮助读者更好地理解和使用该软件。

首先,进行ABAQUS分析需要先定义结构模型。

在ABAQUS中,结构模型可以通过几何建模或导入CAD模型来创建。

然后,必须定义材料属性,包括材料类型、材料参数和本构模型等。

ABAQUS提供了多种材料模型,例如弹性模型、塑性模型、粘弹性模型等。

接下来,需要定义加载条件,包括约束和外部载荷。

约束定义了结构的边界条件,如固定边界和无滑移条件等;外部载荷定义了施加在结构上的力、压力或温度等。

在创建结构模型后,就可以进行有限元网格划分了。

网格的质量将直接影响分析结果的准确性和计算时间的长短。

ABAQUS提供了多种网格划分工具,包括常见的线性四边形和三角形网格划分方法。

此外,ABAQUS还支持自动网格划分和手动调整网格等功能。

网格划分完成后,可以进行材料分配和边界条件的分配等处理。

接下来是模型求解阶段。

ABAQUS使用迭代方法求解非线性问题,其中包括几何非线性和材料非线性。

迭代求解过程中,ABAQUS会自动调整步长并根据收敛准则来判断是否需要继续迭代。

求解完成后,可以通过ABAQUS提供的分析结果查看工具来查看节点位移、应力分布和变形等结果。

对于复杂的分析问题,还可以使用提交作业文件的方式在服务器上运行ABAQUS分析。

ABAQUS提供了作业处理器(Job Processing),可以自动执行作业文件中的分析任务,并在完成后生成结果文件。

需要注意的是,ABAQUS分析在处理复杂模型时需要耗费大量的计算资源和时间。

因此,在进行分析前应优化模型的几何形状和网格划分,以减少计算时间和提高分析精度。

此外,还应了解材料的本构行为,并正确选择适合的材料模型和参数。

最后,为了更好地理解ABAQUS分析教程,建议读者多使用ABAQUS软件进行实际操作。

abaqus分析技巧

abaqus分析技巧

abaqus分析技巧采用abaqus的cae进行力学问题的分析,其对模型的处理存在很多的技巧,,对abaqus的一些分析技巧进行一些概述,希望对大家有所帮助1.abaqus的多图层绘图abaqus的cae默认一个视区仅仅绘出一个图形,譬如contor图,变形图,x-y曲线图等,其实在abaqus里面存在一个类似于origin里面的图层的概念,对于每个当前视区里面的图形都可以建立一个图层,并且可以将多个图层合并在一个图形里面,称之为Overlay Plot 譬如你可以在同一副图中,左边绘出contor图,右边绘出x-y图等等,并且在abaqus里面的操作也是很简单的。

1.首先进入可视化模块,当然要先打开你的模型数据文件(。

odb)2.第一步要先创建好你的图形,譬如变形图等等3.进入view里面的overlay plot,点击creat,创建一个图层,现在在viewport layer里出现了你创建的图层了4.注意你创建的图层,可以看到在visible 下面有个选择的标记,表示在视区里面你的图层是否可见,和autocad里面是一样,取消则不可见current表示是否是当前图层,有些操作只能对当前图层操作有效,同cadname是你建立图层的名称,其他的属性值和你的模型数据库及图形的类型有关,一般不能改动的。

5.重复2-4步就可以创建多个图层了6.创建好之后就可以选择plot/apply,则在视区显示出所有的可见的图层子结构1.什么是子结构子结构也叫超单元的(两者还是有点区别的,文后会谈到),子结构并不是abaqus里面的新东东,而是有限元里面的一个概念,所谓子结构就是将一组单元组合为一个单元(称为超单元),注意是一个单元,这个单元和你用的其他任何一种类型的单元一样使用。

2.为什么要用子结构使用子结构并不是为了好玩,凡是建过大型有限元模型的兄弟们都可能碰到过计算一个问题要花几个小时,一两天甚至由于单元太多无法求解的情况,子结构正是针对这类问题的一种解决方法,所以子结构肯定是对一个大型的有限元模型的,譬如在求解非线性问题的时候,因为对于一个非线性问题,系统往往经过多次迭代,每次这个系统的刚度矩阵都会被重新计算,而一般来说一个大型问题往往有很大一部分的变形是很小的,把这部分作为一个子结构,其刚度矩阵仅要计算一次,大大节约了计算时间。

Abaqus分析操作实例

Abaqus分析操作实例

ABAQUS分析操作实例ABAQUS分析操作实例—For连接器行业Author:Dream flyDate: 2009-03-04操作流程介绍ABAQUS分析操作实例1.创建部件z ABAQUS CAD功能有限,对于复杂的几何模型一般都由其它CAD软件创建。

1.1 导入端子模型z在主菜单选择FileÆImportÆPart,在弹出的对话框中选择模型保存路径和格式类型。

部件导入对话框导入的端子模型1.2 创建解析刚性面z创建一解析刚性面以便对端子施加位移约束。

z在Module列表中选择Part模块,点击左侧工具区中的(Create Part),弹出Create Part 对话框,Type选择analytical rigid,把界面尺寸适当减小,点击Continue。

z在绘图环境中绘制一直线( ) ,然后点击三次中键确认,输入拉伸深度为1,完成解析刚性面创建。

z在主菜单选择ToolsÆReference point,创建一参考点来约束刚性面。

ABAQUS分析操作实例2.1 创建材料z 在Module 列表中选择Property 模块,点击左侧工具区中的(Create Material),弹出Edit Material 对话框,输入材料名称:C5210R-SH ,点击Mechanical ÆElasticity ÆElastic ,在数据表中设置材料Young’s Modulus 为110000,Poisson’s Ratio 为0.3,然后点击Mechanical ÆPlasticity ÆPlastic 输入两组材料塑性数据(710,0),(764,0.18),点击OK 。

2.1 创建截面属性z 点击左侧工具区中的(Create Section),点击Continue ,在弹出的Edit Section 对话框中,保持默认参数不变,点击OK 。

Abaqus教程ppt课件

Abaqus教程ppt课件
通过分析应力/应变数据,评估 模型在给定加载条件下的强度
和刚度
破坏模式分析
通过分析破坏过程和破坏形态 ,评估模型的稳定性和可靠性
参数敏感性分析
通过对比不同参数下的结果, 分析各参数对结果的影响程度
,为优化设计提供依据
结果图表
要点一
可视化图表
将结果以可视化图表的形式输出,如曲线图、柱状图、 散点图等
07
abaqus常见问题与解决对策
安装问题
总结词:解决对策
安装程序错误:尝试使用管理员权限安装,或关闭杀 毒软件后再进行安装
软件版本不兼容:了解系统要求,确保所下载的版本 与操作系统版本相匹配
无法启动软件:检查安装路径是否正确,安装过程中 是否出现错误提示
使用问题
总结词:基本用法
材料属性:详细描述如何设置材料属性,包括弹性模 量、泊松比等参数
软件应用领域
汽车工业
ABAQUS在汽车工业中得到了广泛的应用,被用 于车辆的结构强度和刚度分析、车辆碰撞和冲击 分析、车辆振动和噪音分析等。
生物医学工程
ABAQUS在生物医学工程中也有广泛的应用,被 用于医疗器械的性能分析和优化、人体组织的生 物力学模拟等。
航空航天
ABAQUS在航空航天领域也得到了广泛的应用, 被用于飞机结构强度和刚度分析、飞机起落架疲 劳分析、航天器热分析等。
VS
适用范围
ABAQUS被广泛应用于各种工程领域,包 括机械工程、土木工程、电气工程、水利 工程、生物医学工程等,它可以进行各种 复杂物理现象的模拟和分析,如结构力学 、流体动力学、热力学、电磁学等。
软件功能
前处理
ABAQUS提供了强大的前处理模块,可以进行复杂模型的建立和网格划分,支持各种类型 的网格,如四面体网格、六面体网格等,并且可以进行高质量的网格剖分,以满足各种复 杂分析的需求。

ABAQUS常用技巧归纳图文并茂

ABAQUS常用技巧归纳图文并茂

ABAQUS常用技巧归纳图文并茂ABAQUS常用技巧归纳一、背景介绍ABAQUS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件,具备强大的功能和丰富的工具包,被工程师广泛使用。

然而,在使用ABAQUS的过程中,我们经常会遇到一些技巧和问题,本文将针对一些常见的ABAQUS技巧进行归纳总结,帮助读者更好地应用ABAQUS进行工程分析。

二、常用技巧1. 单元类型选择在使用ABAQUS进行有限元分析时,选择合适的单元类型是非常重要的。

根据具体的分析对象和问题类型,可以选择不同的单元类型,如线性单元、非线性单元或复合单元。

合理的单元选择可以提高计算效率和分析精度。

2. 网格划分优化合理的网格划分对计算结果的准确性和计算效率至关重要。

在ABAQUS中,提供了多个网格划分工具和算法,可以帮助用户进行网格优化。

例如,使用网格生成工具可以自动生成符合几何形状和尺寸要求的网格,使用网格划分工具可以调整网格的密度和精度。

3. 材料模型选择在ABAQUS中,提供了多种材料模型,用于描述材料的力学行为。

根据具体的分析对象和材料性质,可以选择合适的材料模型,如线性弹性模型、塑性模型或粘弹性模型。

合理的材料模型选择可以更好地模拟材料的本构行为。

4. 边界条件设置在有限元分析中,正确设置边界条件是保证结果准确性的关键。

在ABAQUS中,可以通过节点约束、荷载施加和接触定义等方式来设置边界条件。

应根据具体的分析问题和工况设置合理的边界条件,以确保计算结果的可靠性。

5. 后处理及结果分析ABAQUS提供了强大的后处理和结果分析功能,可以帮助用户深入理解计算结果。

通过后处理工具,可以对计算结果进行可视化分析、曲线绘制和云图展示等,帮助用户对结果进行全面的评估和解读。

6. 自定义脚本开发除了使用ABAQUS内置的工具和功能,用户还可以通过编写脚本来定制化分析过程。

ABAQUS支持Python脚本的开发和调用,用户可以利用脚本进行批处理、参数化分析和复杂算法实现等。

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第12章优化设计和敏感性分析本章主要讲解应用Abaqus进行结构优化设计和敏感性分析。

目前的产品结构设计,大多靠经验,规划几种设计方案,结合CAE分析择优选取,但规划的设计方案并不一定是最优方案,故本章前半部分讲解优化设计中的拓扑优化和形状优化,并制定操作SOP,辅以工程实例详解。

工程实际中,加工制造、装配误差等造成的设计参数变异,会对设计目标造成影响,因此寻找出参数的影响大小即敏感性,变得尤为重要,故本章后半部分着重讲解敏感性分析,并制定操作SOP,辅以工程实例求出设计参数敏感度,详解产品的深层次研究。

知识要点:➢结构优化设计基础➢拓扑、形状优化理论➢拓扑、形状优化SOP及实例➢敏感性分析理论➢敏感性分析SOP及实例12.1 优化设计基础优化设计以数学中的最优化理论为基础,以计算机为手段,根据设计所追求的性能目标,建立目标函数,在满足给定的各种约束条件下,优化设计使结构更轻、更强、更耐用。

在Abaqus 6.11之前,需要借用第三方软件(比如Isight、TOSCA)实现优化设计及敏感性分析,远不如Hyperworks及Ansys等模块化集成程度高。

从Abaqus 6.11新增Optimization module后,借助于其强大的非线性分析能力,结构优化设计变得更具可行性和准确性。

12.1.1 结构优化概述结构优化是一种对有限元模型进行多次修改的迭代求解过程,此迭代基于一系列约束条件向设定目标逼近,Abaqus优化程序就是基于约束条件,通过更新设计变量修改有限元模型,应用Abaqus进行结构分析,读取特定求解结果并判定优化方向。

Abaqus提供了两种基于不同优化方法的用于自动修改有限元模型的优化程序:拓扑优化(Topology optimization)和形状优化(Shape optimization)。

两种方法均遵从一系列优化目标和约束。

12.1.2 拓扑优化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),有效地从分析模型中移走单元从而获得最优设计。

其主体思想是把寻求结构最优的拓扑问题转化为对给定设计区域寻求最优材料的分布问题。

下图12-1为Abaqus帮助文件提供的应用实例,展示了汽车控制臂在17次迭代循环中设计区域单元被逐渐移除的优化过程,其中优化的目标函数是最小化控制臂的最大应变能、最大化控制臂的刚度,约束为降低57%产品体积。

优化过程中,控制臂中部的部分单元不断被移除。

图 12-1拓扑优化进程示例Abaqus拓扑优化提供了两种算法:通用算法(General Algorithm)和基于条件的算法(Condition-based Algorithm)。

通用拓扑优化算法是通过调整设计变量的密度和刚度以满足目标函数和约束,其较为灵活,可以应用到大多数问题中。

相反,基于条件的算法则使用节点应变能和应力作为输入数据,不需要计算设计变量的局部刚度,其更为有效,但能力有限。

两种算法达到优化目标的途径不同,Abaqus默认采用的是通用算法。

从以下几个方面比较两种算法:中间单元:通用算法对最终设计会生成中间单元(相对密度介于0~1之间)。

相反,基于条件的算法对最终设计生成的中间单元只有空集(相对密度接近于0)或实体(相对密度为1)。

优化循环次数:对于通用优化算法,在优化开始前并不知晓所需的优化循环次数,正常情况在30~45次。

基于条件的优化算法能够更快的搜索到优化解,默认循环次数为15次。

分析类型:通用优化算法支持线性、非线性静力和线性特征频率分析。

两种算法均支持几何非线性、接触和大部分非线性材料。

目标函数和约束:通用优化算法可以使用一个目标函数和数个约束,这些约束可以全部是不等式限制条件,多种设计响应可以被定义为目标和约束,而基于条件的优化算法仅支持应变能作为目标函数,材料体积作为等式限制条件。

12.1.3 形状优化形状优化主要用于产品外形仅需微调的情况,即进一步细化拓扑优化模型,采用的算法与基于条件的拓扑算法类似,也是在迭代循环中对指定零件表面的节点进行移动,重置既定区域的表面节点位置,直到此区域的应力为常数(应力均匀),达到减小局部应力的目的。

比如图12-2所示的连杆,其进行形状优化,表面节点移动,应力集中降低。

图 12-2形状优化示例形状优化可以用应力和接触应力、选定的自然频率、弹性应变、塑形应变、总应变和应变能密度作为优化目标,仅能用体积作为约束,但可以设置几何限制,以满足零件制造可行性(冲压、铸造等)。

当然也可以冻结某特定区域、控制单元尺寸、设定对称和耦合限制。

12.1.4 优化术语拓扑和形状优化必须在设定好的目标和约束条件下进行,如此程序才会在约束框架内向优化目标迈进。

仅仅描述要减小应力或者增大特征值是不够,必须有更为特定的定义,比如,最小化两种载荷下的最大节点应力,最大化前5阶特征值之和,如此的优化目标称之为目标函数(Objective Function);同时,在优化过程中可以强制限定某些特定值,比如可以指定某节点的位移不超过一定值,如此的强制性限制叫做约束(Constraint)。

目标函数和约束都是结构优化的特定术语,Abaqus/CAE中用到的术语有:设计区域(Design area):即结构优化的模型修改区域,可以是整个模型,也可以是模型的一部分或几个部分。

在给定的边界条件、载荷和制造约束条件下,拓扑优化通过增加或删除设计区域内单元的材料达到最优化设计,而形状优化则通过移动表面节点以修改设计区域表面达到优化目的。

设计变量(Design variables):设计变量即优化设计中需要改变的参数。

对于拓扑优化,设计区域中单元密度即是设计变量,Abaqus拓扑优化模块(ATOM)在其优化迭代中改变单元密度并将其耦合到刚度矩阵之中,实质是赋予单元极小的质量和刚度从而使其几乎不再参与结构的全局响应。

对于形状优化而言,设计区域的表面节点位移即是设计变量,优化时,Abaqus将节点向外或向内移动,抑或不动,限制条件决定表面节点移动的大小和方向。

设计循环(Design cycle):优化是一个不断更新设计变量的迭代过程,在每次迭代中Abaqus会对更新了变量的模型进行求解、查看结果以及判定是否达到优化目的,一次迭代过程即一个设计循环。

优化任务(Optimization task):一个优化任务即包含有设计响应、目标、约束条件和几何限制等在内的优化定义。

设计响应(Design responses):导入优化程序用于优化分析的输入值称之为设计响应。

设计响应可以从Abaqus的结果输出文件.odb中直接读取,比如刚度、应力、特征频率及位移等,或者对结果文件计算得到,比如重量、质心或相对位移等。

设计响应是与模型区域紧密相关的标量值,例如一个模型区域内的最大应力或体积,同时,设计响应也与特定分析步、载荷工况有关。

目标函数(Objective functions):即定义的优化目标。

目标函数是从设计响应中萃取的标量值,如最大位移或最大应力。

一个目标函数可以由几个设计响应组成函数公式表达。

如果设定目标函数是最小化或最大化设计响应,Abaqus优化模块则加入每个设计响应值到目标函数进行计算。

此外,如果定义了多目标函数,可以使用权重因子定义其对优化的影响程度。

约束(Constraints):约束也是从设计变量中萃取的标量值,但其不能从设计响应组合得到。

约束是用于限定设计响应值,比如体积减少50%;同时约束也可以是到独立于优化之外的制造和几何限制,比如约束优化后的结构能够用于铸造或冲压成形。

停止条件(Stop conditions): 当满足某一停止条件时,优化迭代即终止。

全局停止条件是最大优化迭代(设计循环)次数;局部停止条件是优化结果达到某一最大/最小定义值。

12.2 优化设计SOP12.2.1 优化设计SOP先试算Abaqus初始结构模型,以确认边界条件、结果是否合适,然后结合图12-3的Abaqus/CAE优化模块,设置优化设计:•创建优化任务。

•创建设计响应。

•应用设计响应创建目标函数。

•应用设计响应创建约束(可选)。

•创建几何限制(可选)。

•创建停止条件。

以上设置完成,进入Job模块创建优化进程,并提交分析。

图 12-3Abaqus/CAE优化模块提交分析后,优化程序基于定义的优化任务及优化进程,开始优化迭代:•准备设计变量(单元密度或者表面节点位置),•更新有限元模型。

•执行Abaqus/Standard分析。

在优化迭代(设计循环)满足以下条件即终止:•达到设定的最大迭代数•达到设定的停止条件。

以上操作步骤可概括为图12-4所示的优化设计SOP(Standard Operating Procedure)。

图 12-4优化设计SOP在图12-4 SOP基础上,还需对关键步(设计响应、目标函数和约束)的设置详加说明。

12.2.2 设计响应设置设计响应是从特定的结构分析结果中读取的唯一标量值,随后能够被目标函数和约束引用。

要实现设计变量唯一标量值,必须在优化模块中特别运算,比如对体积的运算只能是“总和”,对区域应力的运算只能是“最大值”,由此可知Abaqus优化模块提供了以下两种设计响应操作:最大值或最小值:寻找出选定区域内的节点响应值的最大/最小值,但对应力、接触应力和应变只能是“最大值”。

总和:对选定区域内节点的响应值作“总和”。

Abaqus优化模块仅允许对体积、质量、惯性矩和重力作“总和”运算。

此外,可以定义基于另一个设计响应的响应,也可以定义由几个响应经数学运算而成的组合响应。

比如,已分别对两个节点定义了两个位移响应,可再定义两个位移响应的差值作组合响应。

下面详细介绍在不同优化情况下,可用或推荐使用的设计响应。

1、基于条件拓扑优化的设计响应针对基于条件的拓扑优化算法,只能使用应变能和体积作为设计响应。

1)应变能(Strain energy ):即每个单元应变能的总和,可以定义为结构柔度,其是结构整体柔韧性或刚度的一种度量。

众所周知,柔度是刚度的倒数,最小化柔度意味着最大化全局刚度。

针对线性模型的结构柔度,可以用式(12-1)计算。

∑=ku u energy Strain t (12-1)其中,u 是位移矢量;k 是全局刚度矩。

如果加载条件是集中力或压力,是通过最小化应变能优化出最大的全局刚度;恰恰相反,如果加载的是热场,则通过最大化应变能优化出最大的全局刚度,因为优化修改模型会使结构变软导致应变能下降。

此外,如果模型中有特定位移加载,应选择使用最大化应变能。

Abaqus/CAE 操作:切换到优化模块,Task →Condition-based topology task, Design Response →Create: Single-term, Variable: Strain energy 。

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