ANSYS教程二拓扑优化Word下载.docx
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拓扑优化的细节在下面给出。
关于批处理方式和图形菜单方式
不同的做法也同样提及。
定义拓扑优化问题
定义拓扑优化问题同定义其他线性，弹性结构问题做法一样。
用户需要定义材料特性（杨氏模量和泊松比）
，选择合适的单元类型生成有限元模型，施加载
ANSYS教程二---拓扑优化
荷和边界条件做单载荷步或多载荷步分析。
参见“ANSYSAnalysisProceduresGuides”第一、二章。
选择单元类型
拓扑优化功能可以使用二维平面单元，三维块单元和壳单元。
要使用这个功能，模型中只能有下列单元类型：
二维实体单元：
SOLID2和__
三维实体单元：
__和__
壳单元：
__
二维单元用于平面应力问题。
指定要优化和不优化的区域
只有单元类型号为1的单元才能做拓扑优化。
可以使用这种限制控制模型优化和不优化的部分。
例如，如果要保留接近圆孔部分或支架部分的材料，将这部分单元类型号指定为2或更大即可：
。
ET,1,__
ET,2,__
TYPE,1
VSEL,S,NUM,,1,,2！
用这些单元划分的实体将被优化
VMESH,ALL
TYPE,2
VSEL,S,NUM,,3！
用这些单元划分的实体将保持原状
用户可以使用ANSYS的选择和修改命令控制单元划分和类型号定义。
定义和控制载荷工况
可以在单个载荷工况和多个载荷工况下做拓扑优化。
单载荷工况是最简便的。
要在几个独立的载荷工况中得到优化结果时，必须用到写载荷工况和求解功能。
在定义完每个载荷工况后，要用__命令将数据写入文件，然后用__命令求解载荷工况的集合。
例如，下面的输入演示如何将三个载荷工况联合做一个拓扑优化分析。
D,10,ALL,0,,20,1！
定义第一个载荷工况的约束和载荷
NSEL,S,LOC,Y,0
SF,
ALLSEL
__,1！
写第一个载荷工况
DDEL,
SFDEL,
NSEL,S,LOC,X,0,1
D,ALL,ALL,0
F,212,FX
__,2！
写第二个载荷工况
__,3！
写第三个载荷工况
FINISH
/__N
TOPDEF,10,3！
定义优化的参数
__,1,3,1！
在拓扑优化前做所有三个载荷工况求解
定义和控制优化过程
拓扑优化过程包括两部分：
定义优化参数和进行拓扑优化。
用户可以用两种方式运行拓扑优化：
控制并执行每一次迭代，或自动进行多次迭代。
ANSYS有三个命令定义和执行拓扑优化：
TOPDEF，TOPEXE和__。
TOPDEF命令定义要省去材料的量，要处理载荷工况的数目，收敛的公差。
TOPEXE命令执行一次优化迭代。
__命令执行多次优化迭代。
定义优化参数
首先要定义优化参数。
用户要定义要省去材料的百分比，要处理载荷工况的数目，收敛的公差。
命令：
TOPDEF
GUI：
MainMenuSolution-Solve-Topologicalopt
注――本步所定义的内容并不存入ANSYS数据库中，因此在下一个拓扑优化中要重新使用TOPDEF命令。
执行单次迭代
定义好优化参数以后，可以执行一次迭代。
迭代后用户可以查看收敛情况并绘出或列出当前的拓扑优化结果。
可以继续做迭代直到满足要求为止。
如果是在GUI方式下执行，在TopologicalOptimization对话框（ITER域）中选择一次迭代。
TOPEXE
下面的例子说明了如何在拓扑优化中每次执行一次迭代：
TOPDEF,25,1！
移去25%体积并处理一个载荷工况
SOLVE！
执行第一次应力分析
TOPEXE！
执行第一次拓扑优化迭代
/POST1！
进入后处理器
PLNSOL,TOP0！
画出优化结果
*GET,__,TOPO,,CONV！
读取拓扑收敛状态
*STATUS,__！
列表
执行第二次应力分析
执行第二次拓扑优化迭代
/POST1
TOPEXE的主要优点是用户可以设计自己的迭代宏进行自动优化循环和绘图。
在下一节，可以看到__命令是一个ANSYS的宏，用来执行多次优化迭代。
自动执行多次迭代
在定义好优化参数以后，用户可以自动执行多次迭代。
在迭代完成以后，可以查看收敛情况并绘出或列出当前拓扑形状。
如果需要的话，可以继续执行求解和迭代。
__命令实际是一个ANSYS的宏，可以拷贝和定制（见APDLProgrammer’sGuide）。
下面的例子说明了如何使用__宏执行多次迭代：
！
定义并写第一个载荷工况
__
定义并写第二个载荷工况
定义并写第三个载荷工况
TOPDEF,80,3,.001！
80%体积减少，3个载荷工况
0.001为收敛公差
/DSCALE,,OFF！
关闭形状改变
/__,,3！
每次显示3个轮廓数值
__,20,1！
最大20次迭代。
每次迭代求解并绘出
结果
每次迭代执行一次__命令，一次TOPEXE命令和一次PLNSOL，TOPO显示命令。
当收敛公差达到（用TOPDEF定义）或最大迭代次数（用__定义）达到时优化迭代过程终止。
查看结果。
拓扑优化结束后，ANSYS结果文件（Jobname.RST）将存储优化结果供通用后处理器使用。
用户可以使用后面提到的后处理命令。
要得到更详细的信息，请查阅ANSYSCommandsReference或ANSYSBasicAnalysisProceduresGuide
第五章。
要列出结点解和/或绘出伪密度，使用PRNSOL和PLNSOL命令的TOPO变量。
要列出单元解和/或绘出伪密度，使用PLESOL和PRESOL命令的TOPO变量。
可以使用ANSYS表格功能查看结果：
ETABLE,EDENS,TOPO
PLETAB,EDENS
PRETAB,EDENS
ESEL,S,ETAB,EDENS,0.9,1.0
EPLOT
要查看最近（最后一次迭代）的收敛情况和结构变形能，使用*GET命令：
*GET,TOPCV,TOP0,,CONV！
如果TOPCV=1（收敛）
*GET,ECOMP,TP0,,COMP！
ECOMP=变形能
*STAT
二维多载荷优化设计示例
在本例中，对承受两个载荷工况的梁进行拓扑优化。
问题描述
图2-2表示一个承载的弹性梁。
梁两端固定，承受两个载荷工况。
梁的一个面是用一号单元划分的，用于拓扑优化，另一个面是用二号单元划分的，不作优化。
最后的形状是单元1的体积减少50%。
图2-2承受两个载荷工况的梁
本问题是用下列的ANSYS命令流求解的。
两个载荷工况定义并用__命令写入文件。
使用ANSYS选择功能，单元__通过类型号1和2分别指定优化和不优化的部分。
TOPDEF命令定义问题有两个载荷工况并要求50%体积减少。
TOPEXE命令在本例中没有使用，代之以用__宏命令指定最大迭代次数为12次。
/TITLE,A2-d,multiple-loadexampleoftopologicaloptimization/PREP7
BLC4,0,0,3,1！
生成实体模型（3X1矩形）
ET,1,82！
二维实体单元，1号为优化
ET,2,82！
2号不优化
MP,EX,1,118E9！
线性各项同性材料
MP,NUXY,1,0.3
ESIZE,0.05！
较细的网格密度
AMESH,ALL！
自由矩形网格划分
NSEL,S,LOC,X,0,0.4！
选择不优化的部分
ESLN
EMODI,ALL！
定义2号单元
NSEL,S,LOC,X,0
D,ALL,ALL,0！
在X=0处固定
NSEL,S,LOC,X,3
在X=3处固定
FORCE=1000！
载荷数值
NSEL,S,LOC,X,1
NSEL,R,LOC,Y,1
F,ALL,FY,FORCE！
定义第一个载荷工况
FDEL,ALL
NSEL,S,LOC,X,2
NSEL,R,LOC,Y,0
F,ALL,FY,-FORCE！
定义第二个载荷工况
TOPDEF,50,2！
定义拓扑优化有两个载荷工况
/SHOW,topo,grph！
将图形输出到文件（在交互方式下删
除本命令
/DSCALE,,OFF
/__,,2
__,12,1！
执行不多于12次迭代
求解结果
图2-3表示上例的计算结果。
这些结果存入top.grph文件便于后续的显示处理。
如果是交互地运行ANSYS程序，将/SHOW命令删除以观看每次迭代的结果。
图2-3拓扑优化结果――50%体积减少
一些说明
结果对载荷情况十分敏感。
很小的载荷变化将导致很大的优化结果差异。
结果对网格划分密度敏感。
一般来说，很细的网格可以产生“清晰”的拓扑结果，而较粗的网格会生成“混乱”的结果。
但是，较大的有限元模型需要更多的收敛时间。
在一些情况下会得到珩架形状的拓扑结果。
这通常在用户指定很大的体积减少值和较细的网格划分时出现。
很大的体积减少值如80%或更大（TOPDEF命令）。
如果有多个载荷工况时，有多种方式将其联合进行拓扑优化求解。
例如，考虑有五个载荷工况的情况。
可以选择使用五个单独的拓扑优化分析过程，也可以使用包括这五个工况的一次拓扑优化分析。
还有，也可以将这五个工况合成为一个工况，然后做一次优化。
综合起来，可以有七个不同的拓扑优化求解：
5独立的拓扑优化求解（每个工况一次）
1拓扑优化求解针对五个工况
1拓扑优化求解针对一个联合工况
附加的结果或结果的组合都是可用的。
结果对泊松比敏感但对杨氏模量不敏感。
但是，随泊松比变化的效果不明显。
TOPDEF和__命令中的指定值并不存储在ANSYS数据库中；
因此，用户必须在每次拓扑优化时重新指定优化目标和定义。
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