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wzjs 2025/8/30 5:01:51

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常见的拓扑优化方法有：均匀化法、变密度法、渐进结构优化法、水平集法、移动可变形组件法等。

常见的数值计算方法有：有限元法、有限差分法、边界元法、离散元法、无网格法、扩展有限元法、等几何分析等。

将上述数值计算方法与拓扑优化方法结合，就会形成各种各样的拓扑优化方法。比较成熟的，现有拓扑优化商业软件中广泛采用的是基于有限元法的拓扑优化，学术上比较热门的是基于等几何分析的拓扑优化。本博客介绍的是基于OptiStruct软件的拓扑优化技术，所以重点介绍基于有限元法的拓扑优化。

1. 优化三要素

设计变量、约束和优化目标

在OptiStruct中约束和优化目标都来自于响应。关系如下：

2. 使用OptiStruct进行拓扑优化的流程

1). 设置可运行的 OptiStruct 分析模型

a) 建立模型
b) 定义载荷步
c) 使用 OptiStruct 进行分析
d) 后处理并检查分析结果

2). 优化设置的定义

a) 如果有必要，则需要划分设计和非设计空间
b) 定义设计变量 (从而确定优化学科)
c) 定义响应
d) 如果有必要，则定义约束
e) 定义优化的目标

3). 使用 OptiStruct 运行优化计算

4). 后处理，检查输出并解释优化的结果

5). 如有必要，改变设置，将结果进行重新分析和/或创建 CAD 数据。

3. 设计变量可能会包含的制造约束

Minimum member size -最小成员尺寸控制拓扑优化设计结果所保留部分的最小尺寸。控制棋盘格现象和离散程度。
Maximum member size -最大成员尺寸指定拓扑优化设计结果所允许的最大尺寸。此约束可以阻止结果中生成大块的或大量的材料聚集，而强制生成更离散的结果。
Draw direction –拔模方向可以应用该约束来获得适合于铸造的设计。在该工艺中，在模具进出的方向或拔模方向有材料阻挡，则无法进行加工。
Extrusion –挤压约束可以应用该约束来获得实体模型的不变的横截面设计-无论初始网格，边界条件或载荷如何。
Pattern grouping –模式组允许定义单个区域被设计为某一特定的模式，例如，即使施加在结构上的载荷不对称，也可实施对称设计。
Pattern repetition –模式重复一种使不同结构链接在一起，以产生类似的拓扑构型的技术。