HyperMesh悬臂梁的拓扑优化

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HyperMesh悬臂梁的拓扑优化

1.梁的网格划分 I.CAD文件的导入

1.启动HyerMesh Desktop。

2.在User Profile对话框中选择HyperMesh并单击Ok按钮。 3.点击快捷键Import Geometry

并选择cad文件并单击Import按钮。如下图：

这样就完成了一个CAD文件的导入。

II.编辑实体

1.在主面板中的选择Geom页，进入Solids面板。 2.选择

子面板。

3.在surfs栏下激活solids选择器。单击模型任意位置，此时整个模型被选中。 4.激活surfs选择器，选择如下图1-1所示的面：

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图1-1

5.单击trim按钮产生一个分割面，模型被分割成两个部分，如下图1-2：

图1-2

6.在surfs栏下激活solids选择器。选择上部分如图1-3：

图1-3

7.激活surfs选择器，选择如下图1-4所示的面：

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8.单击trim按钮产生一个分割面，模型被分割成两个部分，如下图1-5：

图1-5

9.重复2~5步骤分割出下面如图1-6的部分：

图1-6

10.选择子面板

11.在to be merged栏下激活solids选择器并选择如下图1-7所示的3个实体。

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图1-7

12.单击merge按钮并合并这3个实体。合并后的结果如下图1-8所示。

图1-8

13.在File下拉菜单中，选择Save命令，弹出Save Modle As对话框；选择想要的保存数据的路径，并输入文件名xbl-change.hm，单击Save按钮。

III.3D网格的划分

3D网格划分要先进行2d网格划分

1.在design实体的表面进行2D网格划分

1）在模型浏览窗口右击component，选择design并单击右键Make Curent。 2）在2D页面选择automesh。 3）进入

子面板。

4)在element size =文本框中输入20. 5)设置mesh type为mixed。

6)将面板左下侧的meshing node（分网方式）从interactive切换为automesh。 7)确认选择element to surf comp选项。

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8)选择suerfaces>displayed. 9)单击mesh生成网格如图1-9所示。 10)单击return按钮，返回主面板。

图1-9

2.把design部分生成的2D网格划分成3D

1）进入3d面板。

2）点击solid map按钮进入soild map子面板。 3）选择

子面板。

4）选择element to drag栏下的element，单击鼠标右键选择displayed。如图所示1-10。

图1-10

5）在复选框中打勾。

6）在along geom栏下选择lines，单击lines使其激活。选择如图1-11所示的线段。 7）在

8）单击mesh按钮。 9）点击returne回到主面板。

栏下的element size=20.

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图1-11

10)点击标签区的Mask按钮。

11)点击mask标签中的3D后面的“-”按钮，就隐藏了3D网格。如1-12图所示

图1-12

12)点击

进入删除子页面。

按钮。这样就选中了前面

13)右键点击elems按钮选择创建的2D网格。

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14)点击按钮，这样就把2D网格删除了。

15)点击mask标签下3D后面的“+”按钮，显示3D网格。 16)点击主菜单栏的mesh，下拉后选啊择organize如下图1-13所示

图1-13 17) 点击

这样就选择了所有的3D网格选中。 18)

19)点击move按钮。

右键选择

3.在nondesign实体的表面进行2D网格划分

1)在模型浏览窗口右击component，选择design并单击右键Make Curent。 2)在2D页面选择automesh。 3)进入

子面板。

4)在element size =文本框中输入20. 5)设置mesh type为mixed。

6）板左下侧的meshing node（分网方式）从interactive切换为automesh。 7）确认选择element to surf comp选项。 8)选择suerfaces>displayed. 9)单击mesh生成网格如图1-14所示。

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10)单击return按钮，返回主面板。

图1-14

4.把nondesign部分生成的2D网格划分成3D

1）进入3d面板。

2）点击solid map按钮进入soild map子面板。 3）选择

子面板。

4）选择element to drag栏下的element，单击鼠标右键选择displayed。如图所示1-15。

图1-15

5）在复选框中打勾。

6）在along geom栏下选择lines，单击lines使其激活。选择如图1-16所示的线段。 7）在

栏下的element size=20.

8）单击mesh按钮。生成3D网格如图1-17所示。 9）点击returne回到主面板。

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图1-17

10）点击标签区的Mask按钮。

11）点击mask标签中的3D后面的“-”按钮，就隐藏了3D网格。如1-18图所

图1-18

12）点击

进入删除子页面。

按钮。这样就选中了前面

13）右键点击elems按钮选择创建的2D网格。 14）点击

按钮，这样就把2D网格删除了。

15）点击mask标签下3D后面的“+”按钮，显示3D网格。 16）点击主菜单栏的mesh，下拉后选啊择organize如下图1-19所示

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图1-19 17） 点击

这样就选择了所有的3D网格选中。 18）

19）点击move按钮。 20）点击return按钮。

21）这样就划分完网格。如图1-20所示。

右键选择

22）点击Save as保存文件，文件名为xbl.fem.

5.网格的缝合

(1)进入tools页，点击faces按钮。

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(2)点击comp按钮，右击选择design和nondesign前面的复选框。 (3)点击select。 (4)(5)点击(6)再点击

。

（7）点击return。这样就把网格缝合完毕。

2.体积最小化的拓扑优化

1.HyperMesh，加载用户配置，并载入文件

（1） 打开HyerMesh。

（2） 在User Profile对话框中选择OptiSturt并单击Ok按钮。这样就加载了

RADIOSS/Bulk和OptiSturt所对应的HyperMesh设置。在用户界面中，通过工具条中的下拉菜单Perferences可以找到User Profiles。 （3） 点击File菜单，选择Import命令。 （4） 在目录下选择文件xbl.fem. （5） 点击Open按钮。

2.材料和属性，并分配给合适的的组件

（1） 单击标菜单栏上的Model标签。

（2） 在Model Browser（模型浏览窗口）中单击鼠标右键，移动光标值Creat，

激活其二级菜单并单击Material。 （3） 在name栏处输入Steel。

（4） 在card Image选项框中选择MAT1作为材料类型。 （5） 勾选

（6） 弹出MAT1卡片设置框。

复选框，并单击Creat按钮。

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（7） 在E处输入2.0E5.（弹性模量） （8） 在NU（泊松比）处输入0.3. （9） 单击return按钮。

（10）在Model Browser（模型浏览窗口）中单击鼠标右键，移动光标值Creat，

激活其二级菜单并单击Property。 （11）在Name处输入design-prop。

（12）在Card Image选项框中选择PSOLID作为材料属性。 （13）设置Metrial为steel。 （14）单击Creat按钮

（15）在Name处输入nondesign-prop.

（16）在Card Image选项框中选择PSOLID作为材料属性。 （17）设置Metrial为steel。 （18）单击Creat按钮。 （19）单击Component按钮（20）选择assigned按钮。

（21）单击comps，勾选nondesign并单击select。 （22）单击property=,选择nondesign-prop。 （23）点击assign。

（24）重复（19）~（23）将属性design—prop分配给组件design。 （25）单击return 按钮。 （26）在１ｄ中ｒｂｅ３按

钮．

，利用新创建的属性更新组件集合器。

（27）约束六个自由度。 （28）ｎｏｄｅｓ点选择如下图。

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（２９）点击ｃｒｅａｔ按钮。 （３０）创建另一个ｒｂｅ３。如下图

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3.载荷集合器

（1） 在Model Browser中点击鼠标右键，移动光标到Creat，激活二级菜单并

单击选Loadcollector。 （2） 在Name处输入spc。

（3） 不要按键盘的enter键，直到全部完成。 （4） 保持CardImage栏为None。 （5） 选择一种颜色。 （6） 单击Creat按钮。

（7） 同样的，创建force的载荷集合器。

4.约束

（1）从 Model Browser中，展开 Loadcollector，用鼠标右键点击spc，选择Make Current。

（2）从Analysis页，进入constraints面板。

（3）利用面板左侧的按钮，确认选中Creat子面板。如图2-1所示。

图2-1

（4）确认loadtypes为spc。

（5）约束dof1，dof2，dof3，dof4，dof5，dof6。确保勾选dof1，dof2，dof3，

dof4，dof5，dof6。

（6）勾选自由度旁边的复选框，则约束该自由度；不勾选，则释放该自由度。 dof1，dof2，dof3是沿着x,y,z轴方向的线位移自由度。 dof4，dof5，dof6是绕x,y,z轴旋转的叫自由度。 （8） 单击creat按钮。

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（9） 点击return。则在三个面创建了约束如下图：

5.荷创建集中应力

（1） 从the Modle Browser中展开LoadCollectors，有鼠标右键点击Force，

选择Make Current。

（2） 从Analysis页，选择force面板。 （3） 点击图上的两个rbe3两个点。

（4） 单击magnitude=输入-32100，按enter键。 （5） 设置转换器到Z-axis。 （6） 单击creat按钮。

（7） 在屏幕上，节点出现指向Z方向的箭头。

（8） 为了更好的查看箭头，选择uniform size=输入150，并按enter键。 （9） 重新选择图上的rbe3两个点。

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（10）单击magnitude=输入32100，并按enter键。 （11）设置转置器Y-axis。 （12）并单击creat按钮。

（13）在屏幕上，节点出现指向Y向的箭头。

（14）为了更好的查看箭头，选择uniform size=输入150，并按enter键。 （15）点击return键。返回Analysis界面。 （16）点击

（17）Nodes还是选择rbe3的两个点。

（18）单击magnitude=输入4.4e6 并单击enter键。 （19）设置转置器为X-axis。 （20）并单击creat按钮。

（21）在屏幕上，节点出现指向X方向的箭头。

（22）为了更好的查看箭头选择uniform size=输入150，并按enter键。如下

图：

进入转矩界面。

（23）点击return按钮，返回Analysis页。创建好了载荷如下图：

6.工况

（1） 在Analysis页，进入loadsteps面板。

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（2） 单击name=输入force，并按enter键。 （3） 选择type为linear static。 （4） 勾选SPC前的复选框。

（5） 单击spc右侧出现一个对象栏，选择载荷集合器spc。 （6） 勾选Load前的复选框，并从已有的载荷集合器中选择force。 （7） 点击creat。如下图：

（8） 单击return按钮，返回Analysis页。

7.定义拓扑优化设计变量

（1）从Analysis页，进入optimization面板。 （2）进入topology面板。 （3）单击

输入xuanbi.

(4)单击

并单击select按钮。 （5）选择type为PSOLID。 （6）点击Create按钮。

,从已有的属性列表中选择design—prop，

8.创建体积和位移响应

（1） 进入responses面板。 （2） 单击responses=输入vol。

（3） 单击responses type下的切换器，从弹出的菜单中选

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（4） 单击create按钮。

（5） 定义模型的总体积响应vol。

（6） 单击responses=输入dis。

（7） 单击responses type下的切换器，从弹出的菜单中选

。

（8） 单击Nodes，选择rbe3的两个点。 （9） 选择total，

（10）点击Create按钮，回到optimization面板。

9.定义目标

（1） 进入

页。

（2） 单击面板左上角的转换器，从弹出的菜单栏中选择min。 （3） 单击response=并选择vol。 （4） 单击create按钮。

（5） 单击return按钮，退出optimization面板。

10.创建位移响应约束

（1） 设置分析中约束的上限和下限。 （2） 进入dconstraints面板。 （3） 单击constraint=输入dis。

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（4） 勾选upper bound=左侧的复选框。 （5） 单击response=设置为dis （6） 单击loadsteps。

（7） 勾选force旁边的复选框。 （8） 单击select按钮。 （9） 单击create按钮。

11.检查优化问题

（1） 从the Analysis页，进入OptiSturt面板。 （2） 单击input File后Save as按钮。

（3） 选择想把OptiSturt模型文件写入目录，并在File name处输入模型文件

名xbl。

（4） 使用文件拓展名.fem作为OptiSturt输入卡。 （5） 单击Save按钮。

（6） 注意在input file栏中出现xbl.fem文件的名字和位置。 （7） 单击export options切换到all。 （8） 单击run options切换到check。

（9） 单击memory options切换到memory default。 （10）单击OptiSturt。

12.优化分析计算

（1） 从Analysis页，进入OptiSturt面板。

（2） 单击input File后Save as按钮，输入xbl-compele.fem. （3） 单击run options切换到optimization. （4） 单击OptiSturt，开始优化分析计算。

13.查看优化结果

（1） 在OptiSturt面板下，单击HyperView按钮。 （2） 启动HyperView，

（3） 弹出message log 窗口，显示.h3d文件的位置。

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（4） 单击close按钮，退出Message Log窗口。 （5） 通过单击工具条上的Contour

按钮，进入contour按钮。

（6） 将Result type为Element Thickness。 （7） 单击Apply按钮。

（8） 从Results Browser中，选择最后一个迭代步。

（9） 分配给模型中的每个单位的图例颜色，表明一迭代步下每个单元的厚度。

（10）从Results下拉菜单中，单击plot中的Iso（11）单击Apply按钮。

（12）将Current Value设为0.15，如下图

（13）移动Current value下滑动条，改变密度阀值。 （14）单击File菜单，选择Exite命令，

按钮。

3.总结

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通过一段时间的学习HyperMesh，初步的掌握了用HyperMesh来就行网格划分以及拓扑优化的一般流程。但在学习的过程中我也遇到了很多难题，如在拓扑优化之前要进行网格的缝合；还有一些问题（卡片的意思，看out文件，怎样调整

响应得到理想的拓扑优化结果等）需要进一步的深入研究。

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通过一段时间的学习HyperMesh，初步的掌握了用HyperMesh来就行网格划分以及拓扑优化的一般流程。但在学习的过程中我也遇到了很多难题，如在拓扑优化之前要进行网格的缝合；还有一些问题（卡片的意思，看out文件，怎样调整

响应得到理想的拓扑优化结果等）需要进一步的深入研究。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6rux.html