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客车车顶结构拓扑优化设计

 

4.5定义和控制优化过程

     拓扑优化过程包括四部分:定义优化函数,定义目标函数和约束条件,初始优化过程,以及执行拓扑优化。

    4.5.1定义优化函数

     ANSYS提供两种类型的拓扑优化,即以线性静力结构分析为基础的拓扑优化和以结构自振频率分析为基础的拓扑优化。本文所进行车身骨架顶棚结构的拓扑优化属于第一种类型,即以结构的柔顺度为拓扑优化函数。

    4.5.2定义目标函数和约束条件

     在优化前必须先定义拓扑优化的目标函数,再定义约束条件。ANSYS为用户缺省定义了一个拓扑函数"VOLUME"(表示总体积函数),这样加上我们自定义的函数F,就得到两个拓扑函数。

    4.5.3优化过程初始化

     在定义了优化问题之后,必须在拓扑优化之前对问题进行求解,否则可能在进行第一次优化迭代时出现错误信息。在明确优化问题和定义了拓扑优化函数之后,需要为优化计算过程选择合适的求解方法。ANSYS为用户提供了两种优化算法,即选择优化判据法(OC)或序贯凸函数寻优法(SCP)。选择方法的原则是:以体积作为约束问题的选择OC方法;SCP方法用于所有合法的目标函数和约束条件的组合。

    4.5.4执行优化迭代

     执行拓扑优化时,可以用两种方式进行:控制并执行每一次迭代,或自动进行多次迭代。

     在本次优化计算中首先根据车身骨架的工况,将单工况下结构柔顺度定义为拓扑优化函数,函数参考名为F;将函数F指定为本次优化计算的目标函数,结构的名义总体积VOLUME指定为约束函数,经过多轮的优化计算结果的比较,选定将体积的去除量设定为75%;由于在第二步中将函数F定义为拓扑优化目标函数, 函数VOLUME定义为约束条件时,按照ANSYS软件的原则要求,选用OC优化计算方法,优化迭代的收敛公差设定为0.0001(缺省值),优化迭代默认最大循环次数为30次。

    4.6拓扑优化结果处理及分析

    4.6.1优化结果的处理

     拓扑优化结束后,ANSYS拓扑优化的结果输出为密度云图和节点密度值,因此可以通过两种方法来对拓扑优化结果进行处理,即对节点密度值进行数值处理和对密度云图进行数字图像处理。

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