Altair OptiStruct選擇正確結構優化方

- 優化的手法包含了形貌優化，拓樸優化、尺寸、形狀和自由形狀優化...等

製造商一直在尋找設計輕便、經濟高效和高性能產品的方法。在本文中，我們研究了一些  模擬驅動的設計 技術，重要的是如何以及何時在產品開發過程中應用它們。 

 

形貌優化
形貌優化 可幫助製造商設計和優化任何薄壁零件。就像鼓皮一樣，這些薄板結構很容易被激發，在某些條件下會產生不良的噪音、振動甚至損壞。 

形貌優化可以設計汽車地板等薄壁結構，以實現最大剛度、頻率響應或其他性能目標。

為了改善振動特性，添加了諸如珠子之類的局部形狀修改以提高剛度。大多數時候，這些珠子的位置、形狀和方向是基於零件的自然幾何形狀和設計師的經驗。形貌優化使設計師能夠定義可以添加和不可以添加珠子的空間、珠子的寬度以及繪製方向、角度和高度。這意味著只生成具有最佳模式的實用設計。

軟件優化的胎圈圖案通常會顯著優於傳統佈局，最大限度地提高剛度、頻率響應或其他性能目標——而不會增加質量或製造複雜性。

 

拓撲優化
想像一下需要承載單個負載的簡單樑。工程師通常可以利用經驗提出可行的解決方案。但是，當面對一個複雜的零件，包裝在一個狹窄的空間中，需要承載多個負載時，他們可以伸出援助之手。

拓撲優化不是驗證現有設計，而是  使用物理學通過提出可以輕鬆演變為成品的形式來增強人類的創造力。它支持快速設計探索和提高開發效率，同時標記零件整合的機會。

拓撲優化有助於設計複雜的零件，這些零件封裝在一個狹窄的空間中，需要承載多個負載。

工程師可以在設計的開始階段應用製造約束，包括材料、擠壓、對稱、拉伸方向、空腔避免和上手角。他們可以定義結構可以和不可以的位置，並應用零件在使用中將看到的預期載荷。拓撲 優化從那裡開始，生成最佳的、可製造的結構，以最小的質量或最大的剛度滿足性能目標。

 

尺寸、形狀和自由形狀優化
拓撲和拓撲優化提供了很好的概念，但即使是最有前途的新設計也需要進行微調。這就是尺寸、形狀和自由形狀優化的特別之處。

尺寸優化 廣泛用於尋找關鍵產品特性的最佳解決方案，例如橫截面厚度​​、材料選擇和其他零件參數。 

當設計師在最初的概念分析中看到高應力集中時，他們會轉向形狀和自由形狀優化，以減少產品故障的可能性。 形狀優化 通過調整設計的高度、長度或半徑來增強現有幾何形狀 - 變形零件以更均勻地分佈應力。

自由形狀優化 允許設計人員標記旨在減少應力的區域，從而提供更大的靈活性。然後，軟件會為零件的該區域創建一個新的、改進的幾何圖形。但是這種更大的模擬自由需要權衡。自由形狀優化不會保留小設計特徵，例如圓角。因此，了解設計的詳細幾何約束非常重要，以便自信地選擇用於微調的工具。

自由形狀優化針對該汽車連桿的一個區域，通過變形零件以更均勻地分佈應力來減少應力。

 

自由尺寸優化
自由尺寸優化 是這些方法中最專業的，通常用於優化機加工結構和由拼焊板沖壓而成的零件。然而，它可能最廣泛地用於設計複雜的 層壓複合材料 部件。

自由尺寸優化可幫助工程師找到層壓複合材料的最佳厚度、最佳層片形狀和最佳堆疊順序。工程師可以設置製造約束——例如纖維方向的數量、每個方向的最大厚度和總層壓板厚度——然後快速生成理想的概念設計。

自由尺寸優化可幫助工程師找到層壓複合材料的最佳厚度、最佳層片形狀和最佳堆疊順序。

自由尺寸優化使用超級層的概念來定義滿足零件性能要求的每個纖維方向的連續厚度分佈。然後，工程師可以使用層束尺寸優化來微調設計。每個包代表多個相同方向和形狀的層，同時考慮詳細的行為約束，包括層失效。最後，層堆疊順序優化安排每個層壓板以滿足所有製造限制，同時提供最佳性能。