教程：从优化结果生成 CAD

教程级别：初级了解如何使 PolyNURBS 自适应平滑结果。

本教程从应用于山地自行车悬挂组件的结构拓扑优化结果开始。优化的目的是使用 15% 的可设计材料，在两种载荷工况下最大限度地提高零件的刚度。

完成本教程后，您将：

  • 使用“形状浏览器”浏览结果。

  • 直接对拓扑优化结果执行分析

  • 理解 PolyNURBS 自动拟合的输入信息

  • 创建并细化高质量的概念几何体

  • 准备分析模型

  • 分析最终概念



优化结果浏览

  1. 按 F7 打开“演示浏览器”。
  2. 双击 2.0_Concept_Creation_and_Analysis.stmod 文件，将其加载到模型视窗中。


  3. 在“结构仿真”功能区上，点击优化工具组中的显示优化结果按钮，以在形状浏览器中查看先前运行并与模型一起保存的优化。


    这将加载拓扑优化并打开形状浏览器。

  4. 拖动形状浏览器上的 拓扑 滑块，可视化不同密度阈值下的拓扑结构。每次优化都不尽相同，但一般准则是选择一个滑块位置，使拓扑结构中没有小洞，且所有重要成员都连接在一起。
    图 1. 示例 1


    图 2. 示例 2


    图 3. 示例 3


分析拓扑结果

使用形状浏览器中的分析按钮，根据显示的拓扑结果和原始载荷工况自动生成并求解有限元模型。这种重新分析可快速显示零件性能，表明拓扑概念是否可行。

重要： 载荷和约束必须全部施加于非设计几何体。
  1. 将拓扑滑块拖动到右侧第一个刻点处。
  2. 点击分析。
  3. 当运行结束后，选择“运行状态”窗口中的运行，并点击现在查看以查看结果。
  4. 隐藏销。
  5. 在分析浏览器中，选择载荷工况下拉菜单中的结果封套。
  6. 选择结果类型下拉菜单中的安全系数。
  7. 打开最小/最大数据明细，以查找最高应力和出现该应力的载荷工况。

自动构建 PolyNURBS 几何体

拟合 PolyNURBS 功能采用多阶段流程，在拓扑优化结果的基础上自动构建 PolyNURBS 几何体。

  1. 在“形状浏览器”中点击平滑结果。
    平滑结果提供了控制参数来调整拟合结果。从这些控制值开始，根据需要进行调整。
    提示： 为了全面控制拟合过程，您可以使用以下单个工具迭代以获得更精细的几何体：
    • 在 PolyMesh 功能区上，选择收缩包裹工具 并选择设计零件和非设计零件，将它们包覆在一个等值面中。
    • 在 PolyMesh 功能区上，选择平滑工具 并平滑包覆的零件。
    • 在 PolyNURBS 功能区上，选择拟合工具 将 PolyNURBS 拟合到平滑包覆。
    提示： 要查找并打开工具，按 Ctrl+F。更多信息，请见查找和搜索工具。
  2. 根据需要调整控制值。
  3. 选择相交复选框，在创建的几何体和原始设计空间之间应用布尔交集。
    相交会创建一个可随时运行的模型，不违反原始设计空间，但可能会产生尖锐的几何特征。未选择“相交”时，将保留原始的 PolyNURBS 几何体，并与非设计区域重叠。随后还需要进行一些编辑，以获得可运行的模型。

将 PolyNURBS 拟合到拓扑优化

  1. 按 F7 打开“演示浏览器”。
  2. 双击 2.1_Analyze_Design_Concept_ReAnalysis.stmod 文件，将其加载到模型视窗中。
  3. 在“结构仿真”功能区上，点击优化工具组中的显示优化结果按钮，以在形状浏览器中查看先前运行并与模型一起保存的优化。


    这将加载拓扑优化并打开形状浏览器。

  4. 将拓扑滑块拖动到右侧第一个刻点处。
  5. 选择平滑结果 并检查包覆和拟合过程中使用的参数。
  6. 在形状浏览器中，点击拟合 PolyNURBS。
    创建了以下几何体。

    注： 注意 PolyNURBS 几何体与原始设计空间相交处的平面几何特征。另外，请注意有些成员略显不规则。部分原因是由于几何细节的 PolyNURBS 面数较多，曲率相对较高。这使得拟合结果紧跟拓扑结果的细节。通过减少这些参数，通常可以获得更平滑的几何体，实质上是对较小的细节进行平滑处理。
  7. 在“结构仿真”功能区，选择接触工具。
    提示： 要查找并打开工具，按 Ctrl+F。更多信息，请见查找和搜索工具。
    在概念几何体和原始非设计几何体之间建立了绑定接触。

  8. 在模型浏览器中，将生成的零件重命名为 concept1。
  9. 在模型浏览器中，右键点击设计空间并选择抑制。
    在模型浏览器中，被抑制的零件会以灰色斜体显示。抑制某个零件可防止将其纳入分析。所有原始荷载和支撑都保留在模型中，因为它们被应用于非设计空间。
  10. 在“结构仿真”功能区上，点击分析工具组中的运行分析 按钮。


  11. 使用以下设置运行分析。
    1. 重命名运行 concept1.
    2. 选择 OptiStruct 作为求解器。
    3. 将单元尺寸更改为 3.0 mm。
    4. 将速度设置为更快。
    5. 点击运行。


  12. 当运行结束后，选择“运行状态”窗口中的运行，并点击现在查看以查看结果。


    提示： 您还可以双击模型浏览器中的结果图标，查看载荷工况的结果。

细化 PolyNURBS 拟合

  1. 在模型浏览器中，右键点击 concept1 并选择抑制。
  2. 在模型浏览器中，右键点击 rocker_design_space 并选择解除抑制。
  3. 在“结构仿真”功能区，点击优化工具组中的显示优化结果按钮，在形状浏览器中加载之前的拓扑优化。


  4. 选择平滑结果 并调整平滑和拟合参数，如图所示：
    1. 在平滑迭代框中输入 80。
    2. 在 PolyNURBS 面数框中输入 1200。
    3. 在曲率框中输入 40%。
    4. 在收缩包覆尺寸中输入 2.42。
    5. 清除相交复选框。
  5. 选择拟合 PolyNURBS。
    请注意，拟合结果的面数较少，没有布尔交集产生的尖锐几何特征，并且会与非设计几何体重叠。

    注： 您可以尝试使用不同的拟合参数来观察生成的几何体会如何变化。
  6. 在模型浏览器中，右键点击 rocker_design_space 并选择抑制。
  7. 将 PolyNURBS 几何体与非设计几何体分开。
    1. 在 几何体 功能区，选择布尔 > 相减工具。
      提示： 要查找并打开工具，按 Ctrl+F。更多信息，请见查找和搜索工具。
    2. 此时弹出一个操作栏，且自动选中目标。将 PolyNURBS 几何体选作目标。
    3. 选择工具收集器，并选择非设计几何体作为工具。
      请注意几何体是如何分离主体的，
  8. 右键点击零件，选择隔离，然后选择将主体转换为零件。
    如模型浏览器所示，PolyNURBS 会被转换成多个独立的零件。

  9. 确定要保留的几何体的主要部分，右键点击它并将其重命名为 concept2。
  10. 删除原本重叠的剩余零件。
    与全自动方法一样，PolyNURBS 几何体现在可以与非设计几何体完美接触。

  11. 在“结构仿真”功能区上，点击分析工具组中的运行分析 按钮。


  12. 使用以下设置运行分析。
    1. 重命名运行 concept2.
    2. 选择 OptiStruct 作为求解器。
    3. 将单元尺寸更改为 3.0 mm。
    4. 将速度设置为更快。
    5. 点击运行。


  13. 当运行结束后，选择“运行状态”窗口中的运行，并点击现在查看以查看结果。


    提示： 您还可以双击模型浏览器中的结果图标，查看载荷工况的结果。
  14. 点击比较结果，探索设计概念之间的差异。

细化概念几何体

本教程的最后一步是细化非设计几何体与概念几何体之间的连接。在此例中，将零件组合起来并详细说明连接方式，就完成了概念。

  1. 按 F7 打开“演示浏览器”。
  2. 双击 2.2_Analyze_Design_Concept_PN.stmod 文件，将其加载到模型视窗中。
  3. 右击 concept2并选择复制。
  4. 右键点击模型并选择无参考粘贴。
  5. 在模型浏览器中，右键点击 concept2 副本，选择重命名并将副本重命名为 concept3。
  6. 在模型浏览器中，右键点击 concept2 并选择抑制。
  7. 将 concept3 中的连续几何体与非设计几何体相结合。
    1. 在 几何体 功能区，选择布尔运算 > 合并工具。
      提示： 要查找并打开工具，按 Ctrl+F。更多信息，请见查找和搜索工具。
    2. 此时弹出一个操作栏，且自动选中目标。选择 concept3 作为目标。
      提示： 选择 concept3 作为目标，意味着生成的零件将保留其名称和属性。
    3. 选择工具收集器，并选择非设计几何体作为工具。
  8. 在模型浏览器中，确认除销和 concept3 以外的所有零件都已抑制。
  9. 在“结构仿真”功能区上，点击分析工具组中的运行分析 按钮。


  10. 使用以下设置运行分析。
    1. 重命名运行 concept3.
    2. 选择 OptiStruct 作为求解器。
    3. 将单元尺寸更改为 3.0 mm。
    4. 将速度设置为更快。
    5. 点击运行。


  11. 当运行结束后，选择“运行状态”窗口中的运行，并点击现在查看以查看结果。


    提示： 您还可以双击模型浏览器中的结果图标，查看载荷工况的结果。


  12. 在分析浏览器中，从运行下拉菜单中选择 concept2 和 concept3，然后比较结果。
    请注意，将这些零件组合在一起会在连接处产生应力连续性。

  13. 如果需要，您可以使用倒角工具细化几何体，并运行另一个分析作为 concept4。