1.问题描述

本例将对尺寸为100x10x1mm的2D

悬臂梁进行形状优化仿真分析。其模型施加的约束和载荷（100N）如下图1所示，右下角节点位移限制在3mm以内，对其进行材料最小化优化。

图1

优化问题的描述：

目标：悬臂梁右端最大位移的节点的位移值 < 3.0mm

体积最小化：约束

设计变量：通过HyperMorph定义形状扰动

2.技术路线

（1）在HyperMesh创建有限元模型

（2）在HyperMorph定义形状扰动

（3）在OptiStruct进行优化参数设置

（4）在HyperView查看后处理

3.步骤：

（1）悬臂梁有限元模型的建立

（2）进行结构仿真和查看结果

如下图2所示，位移值为1.923mm。

图2

（3）创建domains和handles

在HyperMorph/domains面板下，

创建domains和handles，如下图3所示。

其中创建了5个局部handles，黄色小球显示；9个全局handles，红色大球显示。本例中形状变量只涉及局部handles。

图3

（4）创建形状扰动shape1

在HyperMorph/morph面板下，handle按钮悬臂梁右上角的黄色的局部handle，node选择悬臂梁右端线的下边节点，即将handle向下移动10mm，如下图4所示。选择save shape保存该变形模型，命名为shape1，单击undo all。

保存该变形模型，是为后面的优化中，基于这个形变扰动进行优化，当然也可大于这个形变扰动或者反方向的形变扰动，这取决于形状设计变量的上下限，一般是以该定义的形变扰动为最大扰动，也就是优化是在该形变扰动内进行形状优化

图4

（5）创建设计变量

在shape面板下，shape选择（4）中定义的shape1，如下图5所示。其中，initial value初始值为0即表示为初始未变形，lower bound值为-1表示为一个幅值，即（4）中定义的形状扰动值10mm x (-1)，也就是反方向扰动，值为-10mm；同样，upper value值为1，即最大扰动值为10mm，也就是等于定义的形状的扰动值。

 图5

（6）定义响应

定义两个响应，一个为体积响应，一个为位移响应，位移响应中的节点选择悬臂梁右端下面的节点，方向选择dof1。

（7）定义约束

定义响应约束，约束（6）中的位移响应，上限值为3mm。

（8）定义体积最小化目标

（9）进行优化分析

（10）查看后处理

右端最大优化位移为4.674mm，如图6所示。

图6

最大位移为3.008mm，如图7所示，满足约束条件。

图7

（11）提取优化后的模型

运用优化后的结果重新进行结构仿真，查看其位移是否满足约束条件。

选择post/apply result面板，simulation选择DESIGN [4]，即优化设计的收敛步，nodes选择所有节点，单击apply，如下图8所示，该模型即是优化后的模型，下面将对该模型进行进一步的分析。

 图8

（12）查看最后的变形

选择deformed面板，单击deform，如下图9所示。

图9

查看位移云图，选择contour面板，查看位移云图，其最大位移为2.67mm，满足约束要求。

图10

 

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