作者： 佚名 浏览： 日期：2024-02-28
问题描述：
图1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1? 承受两个载荷工况的梁
下面分别是利用菜单操作和命令流方式进行有限元分析的方法
一、GUI菜单操作如下：
第一步，清除内存准备分析
清除内存：
GUI：Utility Menu>File>Clear& Start New
? 2.更换工作文件名：
GUI：Utility Menu>File>Change Jobname，输入topological optimization
? 3.定义标题：
GUI：Utility Menu>File>Change Title，输入 A 2-d,multiple-load example of topological optimization
第二步，创建有限元模型
1.进入前处理器：
GUI：Main Menu>Preprocessor
2.定义单元类型：
GUI：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，选择单元PLANE82；同样的方法设置第二类单元也为PLANE82
3.定义材料属性：
GUI：Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models，弹出对话框，在右侧窗口中连续双击选择Structural>linear>Elastic>Isotropic，弹出窗口在值域EX处输入118e9，在值域PRXY处输入0.3
4.建立模型：
GUI：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By 2 Corners，弹出对话框，在WP X域输入0，WP Y域输入0，Width域输入3，Height域输入1
5.划分网格：
GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Global>Size，弹出对话框，在SIZE值域输入0.05；Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free，弹出Mesh Areas的对话框，点击Pick All按钮确定，最终的网格图如图2所示
图2?网格图
6.选择不优化的部分：
GUI：Utility Menu>Select>Entities，弹出对话框，第一个下拉列表选择Nodes，第二个下拉列表选择By Location，复选框确定为X coordinates，在Min，Max值域输入0,0.4，最下边选择From Full，点击Apply按钮；然后将第一个下拉列表选择Elements，第二个下拉列表选择Attached to，最下边选择From Full，点击OK按钮，最终选择的单元如图3所示
图3 选择不需要优化的区域
7.将不需要优化的区域设置为第二种单元类型：
GUI：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move / Modify>Elements>Modify Attrib，弹出对话框，点击Pick All按钮，接着弹出对话框，STLOC设置为Elem type TYPE，I1值域输入2
8.选择所以的实体：
GUI：Utility Menu>Select>verything
第三步，拓扑优化
进入求解器：
GUI：Main Menu>Solution
? 2.施加位移约束：
GUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Lines，弹出对话框，选择最左边以及最右边两条线段，弹出对话框，设置自由度为ALL DOF
? 3.施加集中力：
GUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Nodes，弹出对话框，在输入框输入表达式：node(1,1,0)点击OK按钮，接着弹出对话框，在Lab对应的项从下拉列表选择FY，在VALUE值域输入1000
? 4.写入第一个载荷步：
GUI：Main Menu>Solution>Load Step Opts>Write LS File，弹出对话框，在LSNUM值域输入1
?5.删除施加的集中力：
GUI：Main Menu>Solution>Define Loads>Delete>Structural>Force/Moment>On Nodes，弹出对话框，点击Pick All，接着弹出对话框，在Lab对应的项从下拉列表选择ALL
?6.施加集中力：
GUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Nodes，弹出对话框，在输入框输入表达式：node(2,0,0)点击OK按钮，接着弹出对话框，在Lab对应的项从下拉列表选择FY，在VALUE值域输入-1000
? 7.写入第二个载荷步：
GUI：Main Menu>Solution>Load Step Opts>Write LS File，弹出对话框，在LSNUM值域输入2
? 8.删除施加的集中力：
GUI：Main Menu>Solution>Define Loads>Delete>Structural>Force/Moment>On Nodes，弹出对话框，点击Pick All，接着弹出对话框，在Lab对应的项从下拉列表选择ALL
? 9.定义多重的柔量分析：
GUI：Main Menu>Topological Opt>Set Up>Advanced Opt>Topo Function，弹出对话框，Choose the desired function选择N LoadCase compl，点击OK按钮，接着弹出对话框，在RefName输入MCOMP，在NUMLC值域输入2，将Use default setting设置为Yes
? 10.定义拓扑优化目标：
GUI：Main Menu>Topological Opt>Set Up>Advanced Opt>Topo Objective，弹出对话框，在右边列表框中选择MCOMP
? 11.定义拓扑优化约束变量：
GUI：Main Menu>Topological Opt>Set Up>Advanced Opt>TopoConstraint>By Percentage，弹出对话框，在右边的列表框中选择VOLUME点击OK按钮，接着弹出需要体积缩减的百分数对话框，在Percent volume reduct’n值域输入50
?12.执行拓扑优化：
GUI:Main Menu>Topological Opt>Run，弹出对话框,[TOTYPE]Solution approach 选择Optimality，[TODEF]Convergence tolerance值域采用默认值，NITER Number of iterations值域输入12，将plot density @ each iter？设置为Yes
第四步，拓扑优化结果查看
显示拓扑优化结果：
GUI：Utility Menu>PlotCtrls>Style>Contours>Uniform Contours，弹出对话框，在Number of Contours值域输入2；Main Menu>Topological Opt>Plot Densities，显示拓扑优化结果如图4所示
图4 显示最后优化结果
? 2.绘制拓扑优化目标与迭代次数的曲线：
GUI：Main Menu>Topological Opt>Graph History，弹出对话框，在Type项选择Objective func，点击OK按钮，绘制出拓扑优化目标与迭代次数，如图5所示
图5 拓扑优化目标与迭代次数曲线图
? 3.绘制约束变量与迭代次数的曲线：
GUI：Main Menu>Topological Opt>Graph History，弹出对话框，在Type项选择Constraint，点击OK按钮，绘制出拓扑优化目标与迭代次数，如图6所示
图6 拓扑目标变量与迭代次数曲线图
二、命令流如下：
/clear,start
/filname,topological optimization
/title,A 2-d,multiple-load example of topological optimization
/prep7
blc4,0,0,3,1
et,1,82
et,2,82
mp,ex,1,118e9
mp,nuxy,1,0.3
esize,0.05
type,1
amesh,all
nsel,s,loc,x,0,0.4
esln
type,2
emodi,all
allsel
fini
/solu
nsel,s,loc,x,0
d,all,all,0
nsel,s,loc,x,3
d,all,all,0
force=1000
nsel,s,loc,x,1
nsel,r,loc,y,1
f,all,fy,force
allsel
lswrite,1
fdel,all
nsel,s,loc,x,2
nsel,r,loc,y,0
f,all,fy,-force
allsel
lswrite,2
fdel,all
/replot
tocomp,mcomp,multiple,2
tovar,mcomp,obj
tovar,volume,con,,50
/graphics,full
totype,oc
todef
toloop,12,1
/dscale,,off
/contour,,2
fini
toplot,0
/grid,0
tograph,obj
tograph,con
fini
