教程：接地螺栓连接优化

教程级别：初级启用接地螺栓连接优化，改进固定约束上的载荷分布。

在本课中您将学习到：
  • 设置并运行悬架基线分析，设定切实可行的设计目标
  • 创建简化模型以设置并运行标准的拓扑优化
  • 启用螺栓连接优化，改进固定约束上的载荷分布


简介：螺栓连接载荷优化

均匀限制结构中所有螺栓（带螺母）、螺栓和其他连接所受的最大力或使该力实现均匀分布是优秀设计的共同目标。如果结构的形状或载荷变得复杂，那么就很难实现这一目标。一种方法是使用拓扑优化对直接载荷路径上的材料进行重新分配，以便未充分利用的螺栓连接能够承受更多已施加的载荷。 Inspire 能够约束接地螺栓或接地螺栓（带螺母）中的载荷，以改善结构中的载荷分布情况。

在学习本课程的过程中，请谨记以下要点：
  • 在许多结构中，载荷分配并不均匀，几何体也常常不对称。这会导致螺栓连接和连接点所承受的力出现较大变化。
  • 更改结构的拓扑将会导致每个螺栓连接所受的载荷量发生变化。
  • 通过限制一个螺栓连接或一组螺栓连接所受的最大载荷，Inspire 生成的拓扑能够更加均匀地分配合力，并降低最大应力，帮助保持螺栓的拧紧状态。

设置悬架模型

  1. 按 F7 打开“演示浏览器”。
  2. 双击 hanger_geometry.stmod 文件，将其加载到模型视窗中。这是一个典型悬架的曲面模型。注意：所有零件的指定厚度均为 4 mm，但是模型中没有载荷或固定约束。
  3. 确保单位系统选择器中的显示单位已设置为 MPA (mm t N s)。
  4. 选择结构仿真功能区上的螺栓连接工具。
    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。
  5. 在操作栏上选择单个孔和接地螺栓（带螺母）选项。
  6. 如图所示，选择轴毂上的三条红边（B1、B2 和 B3）并使用小对话框中的 +/- 选项调整接地螺栓（带螺母）的方向。
    注： 注意：使用接地螺栓（带螺母）表明，无需分别定义这些螺栓连接上的固定约束。
  7. 选择载荷图标上的力工具。
  8. 如图所示，在 Y 方向上对零件 B4 施加一个 1000 N 的力。
  9. 鼠标右击划过勾选标记以退出，或双击鼠标右键。

运行基线分析

  1. 点击结构仿真功能区上的运行分析 图标。
  2. 设置运行分析窗口中的选项，如下所示：
    注： 将速度/精度设置为更快。
  3. 点击运行执行分析。
  4. 运行结束后，双击运行名称查看结果。
  5. 运行结束后，双击运行名称查看结果。
  6. 在“分析浏览器”中，请检验结果并确保最小安全系数为 1.669。
  7. 切换至位移结果类型。
  8. 选择“显示”图标下的隐藏所有载荷和约束。
  9. 在每个接地螺栓连接孔的中心创建一个数据明细。
  10. 右击每个数据明细，从右键菜单中选择结果类型，然后在 X、Y 和 Z 方向上添加反作用力。
  11. 在“显示”图标下选择显示所有载荷和约束。
    注意：Z 坐标沿孔的轴线分布。
  12. 双击右键退出“分析浏览器”。

准备对模型进行拓扑优化

拓扑优化的最佳起始点是不带任何预定义剪切图样的设计区域。在许多情况下，补块工具可用于填补曲面模型中的孔。

  1. 打开“演示浏览器”中的 hanger_run.stmod 文件，或紧接上一步骤继续对模型进行处理。
  2. 选择几何功能区中的补块工具。
  3. 如图所示，单击每个剪切图样的边，将其从悬架上删除。
  4. 右击悬架并将其指定为设计空间。

运行拓扑优化

  1. 点击结构仿真功能区优化图标上的运行优化 。
  2. 设置运行优化窗口中的选项，如下所示：
  3. 选择拓扑作为运行类型。
  4. 选择最大化刚度作为目标。
  5. 将质量目标设置为 20%。
  6. 将最小厚度约束设置为 9 mm。
  7. 点击运行执行优化。
  8. 运行结束后，双击运行名称查看结果。
  9. 在“形状浏览器”中检验运行结果。请注意优化过程是如何分配材料，以实现与地平面之间最直接的连接的。
  10. 点击“形状浏览器”上的分析按钮，再次执行分析。


  11. 加载结果后，之前定义的数据明细仍会保持激活状态。注意观察中心 Z 轴上的反作用力和最右边的螺栓如何变化。

定义最大螺栓载荷

  1. 打开“演示浏览器”中的 Hanger_opti_run.stmod 文件，或紧接上一步骤继续对模型进行处理。
  2. 按住 Ctrl 键，同时在“模型浏览器”中选择三个接地螺栓（带螺母）。
  3. 打开“属性编辑器”(F3) 并选择优化选项下的启用选项。
  4. 取消选定自动计算允许的力选项。
    Inspire 默认选择自动计算允许的力。该值基于螺栓连接的屈服应力和螺栓连接横截面。
  5. 将允许的轴向力和允许的剪切力设置为 444 N。目标是使接地螺栓连接上的力分布更加均匀。

重复执行拓扑优化

  1. 点击结构仿真功能区优化图标上的运行优化 。
  2. 使用与此前相同的设置重复执行优化。
  3. 加载并检验结果。调整滑块位置，使所有零件都连接妥当。注意优化过程是如何向三个接地螺栓（带螺帽）分配材料的。
  4. 点击“形状浏览器”上的分析按钮，再次执行分析。


  5. 加载结果后，之前定义的数据明细仍会保持激活状态。注意：所有螺栓都带有一些载荷，中心螺栓的最大载荷小于定义的最大载荷 444 N（您所获得的具体结果将根据运行重新分析前拓扑滑块的放置位置而变化。）