曲轴基于灵敏度的拓扑优化-CAE操作过程

前言

本示例展示了曲轴基于灵敏度的拓扑优化的基本工作流程。
该模型为简化曲轴模型，设计区域采用壳单元建模，轴体部分采用梁单元建模，壳单元与梁单元之间通过 RBE2 多点约束单元 进行耦合连接。
本次优化的目标是通过体积最小化实现曲轴的轻量化。此外，优化还考虑了两项转动位移约束，并额外对重心位置设置了约束。为了提升收敛性，将结构的初始体积分数设定为 90%。
一共三个静态，线性摄动分析步，三个分析步的约束条件均为：(左侧节点：U1=U2=0，右侧节点 U1=U2=U3=UR3=0)，第一个分析步载荷：左侧节点承受绕Z轴1000Nm的扭矩载荷作用；第二个分析步载荷：左侧节点承受绕X 轴1000Nm的弯矩载荷作用，右侧节点承受绕X 轴-1000Nm的弯矩载荷作用；第三个分析步载荷：左右两侧下方节点承受绕Y轴1000Nm的弯矩载荷作用。

一、导入crank_shaft.inp文件

二、设置优化

1.创建优化任务

在OPTIMIZATION模块，创建基于灵敏度的拓扑优化任务Task-1。

2、创建设计响应

• 定义结构体积的设计响应：设计区域中所有单元的体积总和D-Response-1。
• 定义节点2绕Z轴角位移的设计响应D-Response-2：第一个载荷工况下节点2沿Z轴的角位移。
  
• 定义节点2绕X轴角位移的设计响应D-Response-3：第二个载荷工况下节点2沿X轴的角位移。
  
• 定义整个模型在Y轴方向的重心的设计响应D-Response-4。
  

3、创建目标函数

最小化模型的体积总和响应D-Response-1作为优化目标Objective-1

4、创建约束

限制设计响应D-Response-2：第一个载荷工况下节点2沿Z轴的角位移≤2E-06。

限制设计响应D-Response-3：第二个载荷工况下节点2沿X轴的角位移≤1.8e-5。

限制设计响应D-Response-4：整个模型在Y轴方向的重心≤-18。

5、创建并提交优化进程

在JOB模块，创建优化进程Opt-Process-1。

6、优化结果