HyperWorks 分析與優化

產品介紹

Optistruct

HyperWorks系列軟件中內含一個有限元求解器,即有限元分析和優化分析軟件 – Optistruct 。 Optistruct是一套以有限元素法為基礎的通用有限元分析和優化分析工具,用於進行概念設計和細化設計。

Optistruct通用有限元分析功能包含線性靜力分析、模態分析、挫曲分析、瞬態響應分析和頻率響應分析。

優化分析通過拓樸優化、形貌優化、尺寸優化和形狀優化,可產生精確的設計概念或佈局

一、有限元分析

  • 帶孔平板應力分析 : 將一個帶孔平板以1/2模型表示,材料為鋼,整個流程包含建立網格,設定材料、設定性質、設定邊界條件。中央施加邊界條件使得節點固定,左側於每個節點施加力量10N,總共對平板施加410N,分析平板的應力
  • 熱載荷作用下的咖啡壺蓋子分析 : 對塑料咖啡壺蓋施加約束並進行Optistruct有限元分析,流程包含建立網格、設定材料、設定性質、設定邊界條件。彈性模數1137MPa、泊松比0.26、熱膨脹係數81e-6,杯墊底部熱膨脹時在端點不會有垂直方向的位移,同時選擇參考點作為固定點,在參考點上沒有X、Y、Z的位移熱膨脹位移:杯蓋下方為固定點,在熱載荷作用下,杯蓋向外產生位移
    熱應力發生於圓孔和轉折處

二、 優化分析

    • Topology 拓樸最佳化
      協助使用者在有限的設計空間中,尋求最佳的幾何配置。
      設計目標 : 體積最小
      約束 : 節點位移
      設計變量 : 空間中的材料分布
      優化分析的主要過程 :

      • 設置有限元模型
      • 設置優化作業
      • 提交作業
      • 提交作業
      • 查看結果
    • Topography形貌最佳化
      協助使用者在既有的產品外形設計下,尋求最佳的結構加勁設計(Bead)。形貌優化是一種在給定結構上確定優化的bead模式分布的方法。形貌優化與拓樸優化不同之處是不去除材料,而是在設計區域中基於可移動節點生成bead。這些bead使結構變剛,因此增加剛度或頻率。
      以一個扭轉板為例,於四個端點施加載荷和邊界條件,為了減小在施加截荷點處的位移,應用bead模式增加板子結構的剛度。
      Bead的設計要考量 :

      1. 寬度
      2. 高度
      3. 傾角

      問題描述如下 :

      1. 目標函數:在給定節點位移最小
      2. 設計變量:設計空間的形狀變化

      主要的分析流程:

      1. 在HyperMesh中設置問題
      2. 為形貌優化設置bead卡片
      3. 使用Optistruct求解形貌優化,以確定結構上的皺褶加強
      4. 形貌優化結果
    • Size尺寸最佳化
      協助使用者利用板殼元素的厚度、樑元素的截面特徵當作設計變數,透過疊代求解過程,獲得這些尺寸的最佳設計值。以一個焊接支架的結構為例,支架底部給予邊界拘束,鎖固點給予截荷,此結構允許改變單元的厚度,並指定兩個零件的厚度比值為1.5。尺寸優化描述為 : 設計目標為重量最小,約束支架的最大應力<100MPa,設計變量為殼單元厚度。主要分析流程 :

      1. 設置有限元模型
      2. 定義設計變量和連接一個設計變量到另一個設計變量
      3. 定義優化問題
      4. 求解優化問題
      5. 結果後處理

      最終跌代應力分佈


      最終跌代單元厚度 : part1為1.518,part2為2.277

    • Shape形狀最佳化
      協助使用者在既有的有素元素模型裡,利用Morphing的功能,直接調動網格,定義數個基本造型,最終的分析結果會依據這些基本造型的權重,自動調整原始網格, 達到最佳形狀。
      以一個連結桿為例,連結桿承受兩種載荷工況,一種是壓縮,一種是彎曲工況,分析的目的是在滿足確定的節點約束下使結構的重量最小。
      形狀優化要求使用者知道結構中什麼樣的形狀要改變。這將包含發現最優的形狀以減少應力集中,改變截面形狀滿足設計需求。所以必須定義形狀的變化和節點的移動以反應結構的改變。

HyperStudy

HyperStudy主要用於CAE環境下試驗設計、優化及隨機分析研究。Hyperstudy具有導向式結構,易於學習,適用於研究不同變化條件下設計變量的特性,包括非線性特性,還能應用在合併不同類型分析的跨學科領域中,且模型易於參數化,除了定義輸入數據為設計變量,有限元的形狀也能夠被參數化。

HyperStudy可以從HyperMesh、HyperForm和Motion View軟件中直接啟動,同時獲取設計參數。HyperMorph可用於形狀參數的生成,同時與多種外部求解器合併使用,進行線性和非線性的試驗設計、優化和隨機分析。

常見問題

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