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优化

20 多年以来,Altair 一直是优化设计软件的首要供应商,为各大领先制造商的设计流程提供助力。HyperWork 凭借完整的优化技术为用户提供设计指导,范围包括构思、概念设计、具体工程设计,以及多学科和系统优化。

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帮助雷诺打造了更轻和更高效的动力总成系统 新的动力总成的最终设计将重量削减了 8%,而其内部 NVH 和疲劳累积性能指标则提升了 30%。 Read the Renault Case Study
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使悬架系统尽可能轻质化并提高其耐久性 Gestamp 选择了 Altair 的 HyperWorks 软件来为其开发一套个性化工具,这一方面消除了初期所需的“试错”设计循环,另一方面又得以减轻了扭力梁式半独立悬架系统的质量并增强了其耐久性。 Read the Gestamp Case Study
HyperWorks 为跨学科产品设计周期的概念设计和设计微调阶段提供优化技术。 OptiStruct 是一款备受赞誉的集成分析和优化产品,具有针对结构的理念设计和设计微调功能。HyperStudy 是一种不依赖于求解器的设计开发、研究和优化产品,可与第三方求解器配合使用。
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“在整个设计周期中,仿真在包装性能的改进上发挥了十分显著的作用。 产品的最高加速度水平降低了 29%, 产品最大张力降低了 28%。”

–Dante Sánchez Rojas, CAE 专员

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概念设计

在概念设计阶段,产品的设计具有最大的灵活性。为此,在此阶段应该采用以驱动设计概念为目标的方法。这样做的目的是,可以最大程度获得更出色高效,更轻巧新颖的设计。

OptiStruct 中,针对概念设计采用下列优化方法:

拓扑优化

OptiStruct 的设计合成技术使用拓扑优化方法,产生创新的概念设计方案。OptiStruct 基于用户定义的设计空间、设计目标和生产工艺参数,针对最高效的材料设计布局生成最佳设计方案。

形貌优化

对于薄壁结构,经常使用焊珠和异径管来加固系统。对于给定的可接受焊珠尺寸,OptiStruct 的形貌优化技术通过将最佳的焊珠模式用于加固可以生成创新设计方案。

可调尺寸优化

可调尺寸优化广泛应用于在机器加工的金属结构中寻找最优的厚度分布以及在成层材料中识别最优的铺层形状。每个材料层中的单元厚度是可调尺寸优化中的一个设计变量,可以生成符合设计要求的最佳厚度分布。可调尺寸优化用于 OptiStruct 复合设计的概念设计阶段,用于确定最优铺层形状和减层区域的优化过程。

增材制造设计

增材制造在制造业引起了极大的轰动。3D 打印无以伦比的灵活性可以创造出其他传统方法如,冲压或铸造无法生产的复杂几何体。这为设计师开发复杂、多功能的设计带来了绝佳的机遇。

Altair 拥有超过 20 年的技术和服务优化经验,在将这些知识应用于增材制造方面拥有独一无二的地位。我们认为拓扑优化和增材制造是很好的共生体系,两种技术在各自的领域拥有相似的理念。

要利用制造灵活性,要重新考虑设计方法。拓扑优化打破了传统的制造限制(例如对于铸造或冲压零件),OptiStruct 可以更灵活地进行高效的设计,同时可以节省大量成本。对拓扑方法更直观的解释是,通过 3D 打印实现构建复杂结构的生产灵活性。

3D 打印所独有的特征是打印网格结构。网格结构提供许多令人满意的特点,例如重量轻,更好的热性能。由于其多孔的性质和其具有促进组织与小梁结构结合的能力,网格结构在生物医药领域的植入体中有着极其令人满意的性能。OptiStruct 根据拓扑优化,对设计网格结构具有独特的解决方案。在拓扑优化阶段后,可以对网格梁进行大规模的尺寸优化研究,同时结合性能目标的细节,例如应力、屈曲、位移和频率。

使用网格结构的增材制造优化

设计微调

当设计变化只限于尺寸(高度、长度、半径、厚度)和模型参数(材料性质、载荷)时,可以使用设计微调功能。参数化的实现取决于参数类型,即,如果参数是输入层面的数值(如厚度),您可以使用尺寸优化;如果参数无对应值但是需要对模型进行修改,如有限元模型中的半径,您可以使用形状优化。

HyperWorks 提供多种方式以提高效率,同时对这些研究进行设置并确保从研究中获得最佳结果。

形状优化HyperMesh 的变形技术,HyperMorph

创造出来的形状变量可以优化现有的设计,实现形状优化。这些形状随后可以被 OptiStruct HyperStudy 应用,对设计进行优化和升级,在无需以 CAD 数据为基础的情况下可以轻松的提出设计的修改方案。

连接杆的形状优化

非参数的形状优化

OptiStruct 的专利技术自动生成形状变量并且依据设计要求确定最佳形状轮廓。从而,用户无需定义形状变量,并可以在设计改进方面更具灵活性。自由形状优化在减少高应力集中方面非常有效。

尺寸优化

尺寸优化找到最佳的模型参数,例如材料性能、横截面尺寸和厚度。对于 OptiStruct 和 HyperStudy 的模型参数化,可在 HyperMesh 环境内轻松地进行设置。HyperStudy 也可以对任意 ASCII 输入文件进行参数化。

汽车座椅的安全工况进行尺寸优化

设计复合层压制品

OptiStruct 的基于铺层的建模方法极大简化了复合层压制品的建模,可以实现对铺层束和铺层顺序进行优化。铺层束是相同形状或布局的板层组。通过优化束厚度,可以确定每个材料的最优板层数或纤维方向。OptiStruct 在整个优化过程中也考虑生产要求和铺层手册规则,以实现实际的设计。

多学科设计优化

工程应用的设计需要涵盖应用的几个不同方面,例如,成本、结构性能、耐久性、可制造性、流动效率。其中每个方面通常由相应的专家团队负责。这些专家团队只考虑他们的学科,几乎不考虑考虑其他学科的因素。这会导致在其他学科产生很大妥协,并需要对设计不断进行协调。将基于不同学科的每种设计进行融合和协调需要消耗很多资源,通过使用多学科优化可以避免。

多学科优化是一种包含所有涉及学科的优化方法。在一个研究中使用来自每一学科的模型,每一学科可能使用不同的仿真工具(求解器)。来自这些学科的模型共享某些设计变量,而且在研究过程中这些变量彼此相关联。

作为一个高效应对多学科研究的软件工具,需要能够和许多求解器进行通信。它也需要有直观的用户界面,便于建立此类复杂研究。

HyperStudys 开放式架构,可以在多学科的设计研究中轻松集成多个求解器。HyperStudys 直接与 HyperMesh MotionView 集成,可以实现对于有限元、多体和流体动力学求解器输入数据的直接参数化。HyperStudy 直接从主流的求解器中读取结果数据,例如OptiStructRADIOSSAcuSolveMotionSolveFEKO、Abaqus、Ansys、Fluent、Star-CD、Nastran、Excel 等。

多模型优化 (MMO) 被应用于 OptiStruct ,提供了一个框架,可以在一次运行中同时优化多个不同的 OptiStruct 模型。不同的模型共享一些共同的设计变量,现有的 OptiStruct 模型无需修改即可使用。可以建立一项 MMO 研究,包括:

  • 同一模型的不同表示法,例如,针对耐久性的一个精细的网格,对比针对 NVH 的一个相对粗糙的网格

  • 同一系统的多个配置,例如:在起飞、降落的飞机襟翼机构和飞行中的配置

  • 用于不同车型的通用车辆平台;例如:分享同一平台的 SUV 和轿车

MMO 为多个变体和配置提供强大的优化方法,不会额外增加工程师的工作。为了保证运行过程的效率,通过 MPI 并行化对 MMO 进行启动。

Pareto 前沿:成本对比结构性能

OptiStruct 可以使用优化过程中使用不同学科的响应,例如静态、屈曲、特征值分析、频率响应、随机响应、热机械、传热和声学的分析。此外,OptiStruct 对系统级优化、基于疲劳的概念设计和优化都有创新的方法。

稳健设计

典型的结构分析不会考虑经常发生的设计和运行环境变化,从而可能导致预期的产品性能出现偏差。根据具体应用,将这类偏差考虑在内可能会变得至关重要。

如果设计经过优化后只能勉强满足设计要求,则对于工程师而言,对设计的可靠性进行评估并在必要时依据可靠性要求进行优化就变得非常重要。可靠的设计应确保设计安全,即使由于设计和运行环境发生变化导致设计性能出现偏差,也要如此。

如果因设计和运行环境变化带来的设计性能偏差超出允许的偏差,则工程师必须重新寻找稳健的设计。稳健的设计是指性能偏差处于允许范围内的设计。

HyperStudy 先进的优化和随机功能能够帮助用户采用抽样方法对设计的可靠性进行评估,并使用增强的顺序优化与可靠性分析 (SORA) 获得可靠而稳健的设计。对可靠性和稳健性进行评估和优化对计算的要求非常高。在 HyperStudy 中,由于采用 Altair 的专有采样和优化算法,采样方法和 SORA 方法的效率得以提高。

Ontonix 公司的 OntoNet 是一款复杂性和稳健性量化桌面工具,可帮助工程师衡量组件或系统的复杂性和稳健性。该工具能够处理蒙特卡罗仿真、DOE、优化或敏感性分析的结果,从而计算系统复杂性和稳健性的值。

对性能偏差进行后处理

Complementary Solutions

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Inspire Inspire allows design engineers, product designers and architects to generate and investigate structurally efficient concepts quickly and easily. Inspire embeds Altair’s OptiStruct algorithms bringing topology optimization to a broader audience. Overview Video | Learn More
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HyperStudy HyperStudy is a multi-disciplinary design study software that enables exploration and optimization of design performance and robustness. Overview Video | Learn More