HyperStudy优化 附OptiStruct&HyperStudy理论基础与工程应用下载

首先要优化的结构是由三个实心杆组成的支架，如下图所示：

原始模型的性能水平如下：

工况1最大位移：22.85mm

工况2最大位移：75.72mm

体积：7656850mm3

（应力很小，不必考虑~）

优化三要素：

优化目标：最小化体积

优化约束：

        工况1连接点最大变形量 < 22.0mm

        工况2连接点最大变形量 < 75.0mm

设计变量：

1、 连接点可以在虚线框内任意移动

2、 三个杆的截面积变化范围如图中所示

形状变量需要使用HyperMorph创建，横向和纵向各一个。

截面积变量需要通过创建parameters得到。

最后，通过快捷键Ctrl+f搜索study进入HyperStudy，但是要注意不要关闭HyperMesh，因为HyperStudy需要利用HyperMesh进行模型更新。优化结果如下：

在这个例子中用到了网格变形（虽然只有一个点在动）和参数变量（双精度浮点数类型），实际上哪怕是更多的变量数目也不要紧，只不过是HyperMorph的操作会更加麻烦一些（文末链接中提供了培训资料下载），求解器的计算量会更大。对HyperStudy来说，任何求解器都只是一个黑盒，HyperStudy真正做的事情是：

✔  不断生成新的模型

✔  把新生成的模型提交计算

✔  从新的得到的结果文件提取关心的结果

如下图所示：

下图所示三维曲面结构在两个零件交接处有条轨道，希望使用HyperStudy找到在考虑重力的情况下小车在哪个位置时应力最大，哪个位置时应力最小。最后在HyperView或者HyperMesh中画个云图或者矢量图。这个例子的不同之处在于它的设计变量是离散的整数变量。

最常规的想法是在各个节点分别创建一个单独的工况进行分析，但是这并不是本例想要介绍的。本例只创建一个工况，但是有很多load collector（每个里面放一个节点的FORCE），让HyperStudy运行的时候不断更换工况中的load collector ID。其实还有更简单的方法，只创建一个力，一个工况，让HyperStudy运行的时候不断更换力作用节点的ID。这个留给感兴趣的人自己去尝试（过程几乎一模一样，而且不用写脚本了）。

考虑到这里创建的load collector数量显著大于10，可以写几行脚本搞定load collector的批量创建。脚本如下：

提供给HyperStudy的是一个fem文件。

需要在HyperStudy的Editor工具中进行参数化。

此外，还需要创建一个文本文件告诉HyperStudy可选的load collector的id号都有哪些。格式是每个变量一列。本例只有一个变量，因此一列就够了，部分数据如下：

4

5

6

7

8

注意：由于数据表示的是load collector的id，如果不小心写了一个不存在的id，那OptiStruct求解器恐怕就要报错退出了。

如果有多列（多个变量，不同的列用空格分隔），文件的内容大致如下：

最后得到的结果是如下两个位置：

可以使用Matrix Browser在HyperMesh中显示一个云图（过程略）：

或者在HyperView中画一个更加直观的矢量图（箭头大小表示全模型最大应力的大小而不是箭头所在位置的应力）：

方法是将HyperStudy得到的结果写成一个如下的hwascii格式文本文件。

PS：为什么不用Compose或者python进行绘图呢？因为它们显示不了网格模型。

本例的目的是说明在HyperStudy中可以把ID号变成变量。类似的，HyperStudy中的变量还可以是节点、单元、梁截面、材料、属性、载荷、工况等的id号。实际上有限元软件中的几乎所有数据都是以ID号作为识别号的，这样一来换个材料、改个梁截面等等就都轻而易举了。

HyperStudy中的变量还可以是字符串，用的场合不多，这里就不介绍啦~

在HyperStudy的Editor工具中进行参数化后得到的tpl文件实际上是一个程序源代码（可能连很多HyperStudy资深用户都没有意识到这点），这门编程语言叫 templex，语法继承自C语言，基本数据类型是矩阵（类似MATLAB）。HyperStudy和HyperGraph / HyperView 等模块都会用它。实际上大家日常工作中在HyperGraph里面使用的函数和操作都是基于templex的。

我们先来看一下HyperGraph中怎么使用：比如希望得到多条曲线的上包络线，由于templex的强大功能，自己只需要写一点点代码，如下：

可以把得到的新曲线的数值直接放在{}里面进行绘图（当然，也可以变成HyperGraph的一部分），下图中的实线是sin(x)和cos(x)曲线，点是上包络得到的结果：

如果需要处理的问题比较复杂，建议使用HyperWorks中的Compose，理由是：

• Compose可以使用HyperGraph的读取接口

• 兼容了MATLAB的编程语法(好处是很多编程问题在网上一搜就找到答案了)

• 可以和python共享变量，只要能通过python解决的问题都可以解决了。

比如你要绘制各种漂亮的图表，python很擅长。你可以在下面这个网站找到几千种不同类型的图表（带源代码）。

网址：

https://matplotlib.org/gallery/index.html

因为templex是编程语言，具有很大的灵活性，可以配合HyperStudy完成各种稀奇古怪匪夷所思的工作。这里抛砖引玉介绍一个比较特别的例子，下图是本例的简单模型。

本例的特别之处是：在tpl中通过templex语句实现了如果零件厚度这个设计变量大于1.1mm，单元7将从零件中移除掉（类似求解器的生死单元）。之所以选择这样简单的模型是希望大家看明白编程语言的关键，不被复杂的模型所蒙蔽。语句很简单，就是很普通的一句if语句。如下：

想象一下第二行可以换成任意多行的有限元卡片或者把include文件放在那里，那就可以表示任意复杂的结构和载荷了。

根据零件厚度不同，本例中得到的单元卡片是如下两种：

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