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拓扑优化包括如下主要步骤：
1. 定义拓扑优化问题。
2. 选择单元类型。
3. 指定要优化和不优化的区域。
4. 定义和控制载荷工况。
5. 定义和控制优化过程。
6. 查看结果。
拓扑优化的细节在下面给出。关于批处理方式和图形菜单方式不同的做法也同样提及。
定义拓扑优化问题
定义拓扑优化问题同定义其他线性，弹性结构问题做法一样。用户需要定义材料特性(杨氏模量和泊松比)，选择合适的单元类型生成有限元模型，施加载荷和边界条件做单载荷步或多载荷步分析。参见“ANSYS Analysis Procedures Guides”第一、二章。
选择单元类型
拓扑优化功能可以使用二维平面单元，三维块单元和壳单元。要使用这个功能，模型中只能有下列单元类型：
二维实体单元：SOLID2和SOLID82
三维实体单元：SOLID92和SOLID95
壳单元：SHELL93
二维单元用于平面应力问题。
指定要优化和不优化的区域
只有单元类型号为1的单元才能做拓扑优化。可以使用这种限制控制模型优化和不优化的部分。例如，如果要保留接近圆孔部分或支架部分的材料，将这部分单元类型号指定为2或更大即可：
- …
- ET,1,SOLID92
- ET,2,SOLID92
- …
- TYPE,1
- VSEL,S,NUM,,1,,2 !用这些单元划分的实体将被优化
- VMESH,ALL
- TYPE,2
- VSEL,S,NUM,,3 !用这些单元划分的实体将保持原状
- VMESH,ALL
- …
用户可以使用ANSYS的选择和修改命令控制单元划分和类型号定义。
定义和控制载荷工况
可以在单个载荷工况和多个载荷工况下做拓扑优化。单载荷工况是最简便的。
要在几个独立的载荷工况中得到优化结果时，必须用到写载荷工况和求解功能。在定义完每个载荷工况后，要用LSWRITE命令将数据写入文件，然后用LSSOLVE命令求解载荷工况的集合。
例如，下面的输入演示如何将三个载荷工况联合做一个拓扑优化分析。
- …
- D,10,ALL,0,,20,1 !定义第一个载荷工况的约束和载荷
- NSEL,S,LOC,Y,0
- SF,
- ALLSEL
- LSWRITE,1 !写第一个载荷工况
- DDEL,
- SFDEL,
- NSEL,S,LOC,X,0,1
- D,ALL,ALL,0
- NSEL,ALL
- F,212,FX
- LSWRITE,2 !写第二个载荷工况
- …
- LSWRITE,3 !写第三个载荷工况
- …
- FINISH
- /SOLUTION
- TOPDEF,10,3 !定义优化的参数
- LSSOLVE,1,3,1 !在拓扑优化前做所有三个载荷工况求解
- …
定义和控制优化过程
拓扑优化过程包括两部分：定义优化参数和进行拓扑优化。用户可以用两种方式运行拓扑优化：控制并执行每一次迭代，或自动进行多次迭代。
ANSYS有三个命令定义和执行拓扑优化：TOPDEF，TOPEXE和TOPITER。TOPDEF命令定义要省去材料的量，要处理载荷工况的数目，收敛的公差。TOPEXE命令执行一次优化迭代。TOPITER命令执行多次优化迭代。
& #61591; 定义优化参数
首先要定义优化参数。用户要定义要省去材料的百分比，要处理载荷工况的数目，收敛的公差。
命令：TOPDEF
GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Topological opt
注——本步所定义的内容并不存入ANSYS数据库中，因此在下一个拓扑优化中要重新使用TOPDEF命令。
& #61591; 执行单次迭代
定义好优化参数以后，可以执行一次迭代。迭代后用户可以查看收敛情况并绘出或列出当前的拓扑优化结果。可以继续做迭代直到满足要求为止。如果是在GUI方式下执行，在Topological Optimization 对话框(ITER域)中选择一次迭代。
命令：TOPEXE
GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Topological opt
下面的例子说明了如何在拓扑优化中每次执行一次迭代：
- …
- /SOLUTION
- TOPDEF,25,1 !移去25%体积并处理一个载荷工况
- SOLVE !执行第一次应力分析
- TOPEXE !执行第一次拓扑优化迭代
- FINISH
- /POST1 !进入后处理器
- PLNSOL,TOP0 !画出优化结果
- *GET,TIPSRAT,TOPO,,CONV !读取拓扑收敛状态
- *STATUS,TOPSTAT !列表
- /SOLUTION
- SOLVE !执行第二次应力分析
- TOPEXE !执行第二次拓扑优化迭代
- FINISH
- /POST1
- …
TOPEXE的主要优点是用户可以设计自己的迭代宏进行自动优化循环和绘图。在下一节，可以看到TOPITER命令是一个ANSYS的宏，用来执行多次优化迭代。
& #61591; 自动执行多次迭代
在定义好优化参数以后，用户可以自动执行多次迭代。在迭代完成以后，可以查看收敛情况并绘出或列出当前拓扑形状。如果需要的话，可以继续执行求解和迭代。TOPITER命令实际是一个ANSYS的宏，可以拷贝和定制(见APDL Programmer’s Guide)。
命令：TOPITER
GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Topological opt
下面的例子说明了如何使用TOPITER宏执行多次迭代：
- … !定义并写第一个载荷工况
- LSWRITE
- … !定义并写第二个载荷工况
- LSWRITE
- … !定义并写第三个载荷工况
- LSWRITE
- …
- TOPDEF,80,3,.001 !80%体积减少，3个载荷工况
- … 0.001为收敛公差
- /DSCALE,,OFF !关闭形状改变
- /CONTOUR,,3 !每次显示3个轮廓数值
- TOPITER,20,1 !最大20次迭代。每次迭代求解并绘出
- … 结果
每次迭代执行一次LSSOLVE命令，一次TOPEXE命令和一次PLNSOL，TOPO显示命令。当收敛公差达到(用TOPDEF定义)或最大迭代次数(用TOPITER定义)达到时优化迭代过程终止。
查看结果。
拓扑优化结束后，ANSYS结果文件(Jobname.RST)将存储优化结果供通用后处理器使用。用户可以使用后面提到的后处理命令。要得到更详细的信息，请查阅ANSYS Commands Reference或ANSYS Basic Analysis Procedures Guide第五章。
要列出结点解和/或绘出伪密度，使用PRNSOL和PLNSOL命令的TOPO变量。
要列出单元解和/或绘出伪密度，使用PLESOL和PRESOL命令的TOPO变量。
可以使用ANSYS表格功能查看结果：
ETABLE,EDENS,TOPO
PLETAB,EDENS
PRETAB,EDENS
ESEL,S,ETAB,EDENS,0.9,1.0
EPLOT
要查看最近(最后一次迭代)的收敛情况和结构变形能，使用*GET命令：
*GET,TOPCV,TOP0,,CONV !如果TOPCV=1(收敛)
*GET,ECOMP,TP0,,COMP !ECOMP=变形能
*STAT
转自http://blog.sina.com.cn/s/blog_82b526270101ihxd.html
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发表于 2016-5-16 13:34
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