ANSA联合OptiStruct进行拓扑优化

在当今的工程优化领域中，拓扑优化作为一项关键技术，被广泛应用于减轻结构重量、提升结构效率，以及优化设计流程。在今日的研究案例中，我们将基于OptiStruct软件及其前处理工具ANSA，探讨如何在满足结构刚性要求的基础上，利用拓扑优化技术进行减重设计。此案例涵盖了参数设定、优化路径规划、边界条件和载荷定义，最终通过DRESPi、DCONSTR、DOPTPRM等命令完成优化目标的设定与执行，直观展示了优化后的结构成果。

案例背景与问题定义

初始问题背景为一立方体结构，两端固定，中间受力。经由前处理软件ANSA进行载荷与边界条件定义完毕后，首先通过`Deck_info`命令获取当前结构的整体重量，单位为mmtons，计算结果显示目前结构的总重为4.239kg。本次优化的目标是在确保结构刚性要求的前提下，实现重量减重40%。

优化前区域定义

为了实现优化，首先需定义优化的目标区域。这一任务通过`DTPL`（Design Variables for Topology Optimization）命令进行。具体操作上，我们选择整个立方体实体作为优化区域，并通过选取三个特定点来构造两个相互对称的面，为后续优化过程奠定基础。

设计算法参数

接着，为了后续的优化运行与结果分析，我们需定义一些关键参数，以便控制优化过程中的动态行为。这包括设计灵敏度响应量的设置、优化约束的构建、以及优化参数的定义。首先，我们利用`DRESPi`命令，将质量分数和结构顺应性设置为两个主要的响应变量。这两个变量分别对应于结构的密度和响应性能，为后续的优化算法提供数据输入。

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响应变量设置:


`DRESP1`：选择质量分数作为设计变量；




`DRESP2`：选择结构顺应性作为设计变量；


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紧接着，通过`DCONSTR`命令，我们明确限定了优化过程中的减重目标，即优化结果的总重量需超过初始重量的60%，确保结构刚性要求得到满足的同时实现重量减重。

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约束条件定义:


`DCONSTR1`：设置减重目标为大于初始重量的40%；


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为了优化计算的有效执行，我们进一步定义优化参数，运用`DOPTPRM`命令激活DESMAX功能，并设定优化循环的数量为40次，确保优化过程在有效的时间内达到最佳结果。

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参数设定:


`DOPTPRM1`，激活DESMAX并设定循环数量为40次；


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计算与结果分析

优化过程完成后，通过编写并提交`计算头文件`，系统正式开始运行优化算法。分析结果动画，可以看到优化后的结构相比初始设计显著减重，且在满足刚性要求的条件下，实现了轻量化设计的目标。优化后的结构呈现出更为紧凑的布局，大量非承载的非优化区域被移除，仅有支撑结构保持，有效地节约了材料，同时保证了结构的性能和稳定性。

通过本案例，不仅实现了理论知识与实际工程需求的紧密结合，还展示了OptiStruct与ANSA在结构优化设计中的高效协同作用，为后续的工程设计提供了宝贵的参考经验与技术支持。