OptiStruct

拓樸最佳化的強大工具

建立設計概念

• 拓撲優化：OptiStruct 使用拓撲優化來產生創新的概念設計方案。OptiStruct 基於使用者定義的設計空間、性能目標和製造約束條件生成優化設計方案。拓撲優化可以應用到 1-D、2-D 和 3-D 設計空間。
   

• 形貌優化：對於薄壁結構，通常將焊珠或套管整形器用作增強特徵。對於一組給定的焊珠尺寸，OptiStruct 的形貌優化技術將生成創新的設計方案，提供加固所需的最佳焊珠佈局和位置以滿足具體性能要求。典型的應用包括面板加固和管理頻率。
   

• 自由尺寸優化：自由尺寸優化技術廣泛用於在機加工金屬結構中確定最佳厚度分佈，並識別複合材料中的最佳層形狀。各材料層的元素厚度是自由尺寸優化中的一個設計變量。
   

設計微調優化

• 尺寸優化：通過尺寸優化可確定最佳模型參數，如材料特性、橫截面尺寸和層厚。
   

• 形狀優化：通過使用者定義的形狀變數進行形狀優化，從而改進現有設計。使用 HyperMesh 中可用的變形技術 HyperMorph 生成形狀變數。
   

• 自由形狀優化：OptiStruct 專有的非參數化形狀優化技術可根據設計要求自動生成形狀變數並確定最佳的形狀輪廓。這省去了使用者定義形狀變數的工作，使得設計的改進具有更大的靈活性。自由形狀優化技術對於減少高應力集中非常有效。
   

• 層壓複合材料的設計與優化：OptiStruct 中已經實現了獨特的 3 階段流程，為層壓複合材料的設計和優化提供幫助。該流程基於一種自然易用的層建模方法。這也有利於考慮層壓複合材料設計特有的各種製造限制，如鋪層脫落。使用這一流程可得出最佳的層形狀（第 1 階段）、最佳層數（第 2 階段）和最佳鋪層順序（第 3 階段）。
   

• 增材製造網格結構的設計和優化：網格結構具有許多良好的特性，如重量輕和熱性能佳。它們也非常適合生物醫學植入，因為它們具有多孔性特徵，並可促進器官組織與骨小梁結構的融合。 OptiStruct 有一個獨特的解決方案，能夠基於拓撲優化設計這類網格結構。因此，可以針對網格梁進行大規模尺寸優化研究，同時兼顧具體的性能目標，如應力、屈曲、位移和頻率。

  
   

  結構優化

  拓撲、形貌和自由尺寸優化	尺寸、形狀和自由形狀優化
  層合材料的設計和優化	增材製造柵格結構的設計和優化
  考慮可靠性設計要求的拓撲優化	縫焊和點焊的疲勞
  等效靜態載荷法	多模型優化

  
  
  高階非線性分析求解器

       OptiStruct 也是一款久經行業驗證的先進結構分析求解器，可解決靜態和動態載荷條件下的線性和非線性問題。 同時也是在結構設計和優化分析領域，領先的解決方案。

       OptiStruct 基於有限元素分析技術構建，借助高級分析和優化演算法，可以為產品設計師和工程師快速開發創新造型、輕量化且高效的結構設計。OptiStruct 為 3D 列印柵格狀結構及多種高級材料（如層壓複合材料）的設計及優化提供創新解決方案，在引領設計潮流的同時緊隨最新的製造技術趨勢（如增材製造技術），繼續撰寫 20 年提供首入市場的創新優化技術的輝煌歷史。全球已有成千上萬家公司採用 OptiStruct 對其結構的強度、耐久性和 NVH（噪音、振動和舒適度）進行分析和優化。

 

【 優勢 】

精確而全面的物理場
       如果模擬結果不準確，那麼模擬將變得毫無意義。對於需要根據模擬結果進行設計和優化的項目來說，這一點尤其為重要。因此，Altair 一直在努力研發準確而全面的分析解決方案，對於日常面對的物理量能精準解析。
 

高度平行運算的求解器

       OptiStruct 是一款能夠利用最新硬體技術的高度平行運算求解器。使用區域分解等方法即可在數百個核心上執行 OptiStruct。在大型設計開發計畫中，此應用能夠發揮更多優勢：工程師可以用它來執行大規模優化，完成可靠穩健的設計，以及通過實驗設計進行探索性研究等。
 

全面的非線性求解器

       OptiStruct 支援各種靜態和動態分析，包括溫度相關的非線性材料、幾何非線性和接觸非線性。支援隨時間變化的載荷和隨載荷增量步變化的摩擦係數。支援元素和接觸的失效設置、超彈性材料、使用者自訂材料和連續滑動。支援用於動力總成系統分析的螺栓預緊和墊圈材料。支援多核平行計算加快分析。
 

最先進的 NVH 分析求解器

       OptiStruct 具備最先進的功能和工作流程，可以有效且高效地完成噪音、振動、舒適度和聲音分析。依靠其創新的工作流程，使用者可以快速高效地執行整車 NVH 分析。
 

性能更佳、輕量化和創新設計

       在整個設計過程中應當策略性地應用合適的優化技術，這樣能最大限度挖掘設計師和工程師的潛力，幫助他們快速研發出更好的設計作品。OptiStruct 的高級優化演算法和創新設計理念可提供更好的性能，同時還能減輕重量。
 

20 年來備受讚譽的優化技術

       至今，OptiStruct 引領創新優化技術發展的歷史已有 20 年之久。其中包括許多首次進入市場的技術，例如基於應力和疲勞的拓撲優化技術，拓撲驅動的 3D 晶格結構設計技術，以及複合材料結構設計優化技術。OptiStruct 提供最全面的響應變數參數與製造約束設定，能夠根據需要靈活描述各種各樣的優化問題。
 

無縫整合到現有流程中

       OptiStruct 整合於 HyperWorks ，幫助企業顯著降低 CAE 求解器軟體的費用。而且，利用現有的前後處理環境，以及高級分析流程， OptiStruct 可以無縫整合到現有流程中。
 

節省寶貴的工程時間

       簡單、易於理解的錯誤資訊與嚴格的模型檢查相結合，可達到更準確的設計模擬效果。這樣使用者可以節省因建模錯誤對模型進行調試和反覆運算的時間，從而將更多時間用在工程設計上。
 

易於學習

       OptiStruct 使用精簡的分析工作流程和使用者普遍瞭解的 Nastran 輸入格式，不僅簡單易學，還可以輕鬆整合到現有工作流程中。

 

【 功能 】

集成快速大規模特徵值求解器
       OptiStruct 在自動化多級子結構特徵值求解器( AMSES )中內置了一項標準功能，可以以上百萬的自由度快速計算上千個模型。
 

先進的 NVH 分析

       OptiStruct 提供獨特而先進的功能用於進行 NVH 分析，包括單步 TPA（傳遞路徑分析）、能量流分析、模型簡化技術（CMS 和 CDS 超單元）、設計靈敏度以及 ERP（等效輻射功率）設計標準，從而優化 NVH 的結構。
 

用於非線性分析和動力總成系統耐久性分析的穩健求解器

       OptiStruct 已經發展成可支援全方位的物理場用於動力總成系統分析。這包括傳熱、螺栓和墊圈建模、超彈性材料和高效接觸演算法的解決方案。

 

【 分析與功能亮點 】

剛度、強度和穩定性

• 包含線性靜力學和包含幾何、接觸和塑性材料的非線性靜態分析

• 含超彈性材料和連續滑動的大位移分析

• 快速接觸分析

• 屈曲分析

雜訊和振動

動力總成系統疲勞

• 1D 和 3D 螺栓預緊

• 墊圈建模

• 接觸建模和接觸友好單元

• 塑性硬化

• 溫度相關的材料屬性

• 區域分解

熱傳遞分析

• 線性和非線性穩態分析

• 線性瞬態分析

• 熱機耦合非線性分析

• 一步瞬態熱應力分析

• 基於接觸的熱分析

運動學和動力學

• 靜態、准靜態和動態分析

• 載荷提取和效能評估

• 系統優化和柔性體技術

OptiStruct 新功能

       OptiStruct 2017 提供 130 多種新功能和增強功能。OptiStruct 求解器在非線性靜態分析、非線性瞬態動力學分析以及新的超彈性材料等非線性功能方面有了許多改進。NVH 和熱分析功能進一步得到增強。新版軟體也為其市場領先的優化技術做了同樣多的改進。

 

【 以下是 OptiStruct 2017 版本的一些亮點 】

非線性分析

• 支援材料非線性、幾何非線性和接觸非線性的非線性瞬態動力學分析。

• 新增支援 2D 殼體和 CELAS 單元的大位移。支持有限滑動（連續滑動）。這可用於分析齒輪相互作用。

• 載荷和摩擦可定義為與時間有關。

• 超彈性材料支援 Ogden 模型。

• 複合材料可採用 Puck 失效標準進行分析。

• 支援用戶自訂材料。

• 實體單元可擁有自己的材料坐標系統。

雜訊和振動

• 支持刹車嘯叫分析。

• 可通過複特徵值分析進行聲固耦合下的耦合模態學分析。

• 可以對超過六種剛體模式的模型進行慣性釋放分析。

熱分析

• 多時間步的瞬變溫度現可被應用到熱-結構耦合分析中。結構分析可以是非線性的。

• SPCFORCE 輸出可用於測量動力輸出。

一般分析功能的加強

• 域分解加速演算法可用於加速直接法 FRF、帶 AMSES 的預載入模態 FRF、聲固耦合的 FRF ( NVH )、正則模態、預載入正則模態、線性屈曲以及非線性瞬態分析。

• 線性靜力分析支援更大的模型自由度。

優化

• 提供失效保護的拓撲優化功能。

• 發動機缸套變形可作為優化的約束條件。

• 一步法瞬態熱分析可與優化配合使用。

• 新增了焊縫和焊點疲勞約束。

• 新增了 Neuber 應力和應變回應。

• 實體單元的表面應力可用於優化中。不再需要在實體單元的“表面”人為設置殼單元。