基于Ansys Topology Optimization 桥梁拓扑优化实例

本实例原型来源于https://wenku.baidu.com/view/5b18ee9cb52acfc788ebc979.html，原文用 Inspire完成优化。本案例采用Ansys  Topolopy Optimization完成该桥梁优化，软件版本Ansys19.2。

一、 静力学分析

1. 打开Workbench，创建静力学分析Static Structural，在Geometry模块完成3D建模(或者在其他CAD软件完成建模保存为STP后导入)；

    

2. 在桥面做分割，桥面命名Bridge，桥栏命名Design。后续优化步骤中方便排除桥面，并将分割后的桥组合为一个体；

3. 材料设置：双击Static Structural model，在Mechanical面板中设置材料参数，本例仅展示优化，材料参数设置为Structural Steel；

4. 网格划分：设置网格大小5mm，自动划分网格；

   
   

5. 边界条件设置：在桥底面的4个点添加支撑，4个点分别约束ux=uy=uz=0，ux=uz=0，uy=uz=0，uz=0。桥面垂直于z；

6. 载荷设置：桥面施加压强1Pa；

7. 求解变量设置为求解桥面的Z方向变形，完成计算。

二、 拓扑优化

1. 在Workbench Project界面拖动Topolopy Optimization到静力分析Solution栏，创建优化分析，同时优化分析共享静力学分析数据；

2. 创捷排除面组，在Model上右键Insert Named Selections，插入组，命名为RE，体选择桥面为RE组。因为本例只有一个体排除，本步骤可省，如省略后面排除直接选择桥面体计可；

3. 优化参数设置：Analisys Settings默认，Optimization Regoin中设计区域选择All bodys，排除区域选择上面设置的RE；

4. Objective中Goal选择最小化Minimize，其余默认；

5. Response Constraint中设置10%优化。如本例桥梁为x、y方向对称，在Topology Optimization栏右键添加两个Manufacturing Constant，类型选择Symmetry，分别设置x对称和y对称；

6. 点击计算，即可得出优化结构。

三、 优化结果验算、导出

1. 在Workbench Project界面拖动Static Structural到拓扑优化Resule栏创建静力分析，并共享优化结果；

2. 在拓扑优化Resule栏右键Reset，在新静力分析面板Geometry栏右键Update更新数据，双击Geometry计可启动SCDM打开优化结果，在其中可以对结果做整形修改，本例优化结果较好，仅作圆角处理即直接将刻面转化为实体，抑制原有模型，保留优化后转化的实体模型；

3. 双击新Static Structural面板中的Model，同第一次静力分析，计算桥面z方向变形结果。

四、结果：优化后整座桥的质量原原设计的27.5%(桥面未参与优化，仍计算重量)，变形由1.73e-7增大到3.136e-7。