无网格前端框架拓扑优化

    Altair Inspire无网格优化在一定程度上缩短了前处理网格划分的时间，大大提高了效率。

    本文是基于某款前端框架，在产品设计初期，对其进行拓扑优化，以达到减重和满足功能指标。首先采用Altair Inspire无网格拓扑优化分析，接着采用OptiStruct有网格拓扑优化分析，最后二者进行对比，得出结论。

    本次拓扑优化的工况如下：

    1、前锁罩刚度，+Z向，在锁扣质心处施加1000N；

    2、前大灯支架刚度，+Z向，前大灯支架安装孔，100N；

    3、散热器安装点刚度，-Z向，在散热器质心处施加600N；

    4、一阶固有频率≥35Hz。

    Altair Inspire模型设置如图1所示：

                      图1 Altair Inspire模型设置

    由图1可知，灰色部分为非设计区，篱笆色部分为设计区，约束部位如图中红色圆柱部位，拔模方向为+Y方向。

    优化设置的质量目标为：设计空间总体积的20%。

    Altair Inspire优化结果如图2所示：

                      图2 Altair Inspire优化结果

    由图2可以看出，拓扑优化后的一阶固有频率=35.0Hz，满足目标要求。

    将前端框架模型导入HyperMesh中，对其进行分区处理，并划分3D四面体网格，载荷工况、边界条件等与Altair Inspire软件设置一致，最后调用OptiStruct求解器，其拓扑优化结果如图3所示：

                       图3 OptiStruct拓扑优化结果

    将Altair Inspire与OptiStruct拓扑优化结果对比分析，如图4所示：

                 图4 Inspire and OptiStruct 拓扑优化对比分析结果

    由图4可以看出，Altair Inspire与OptiStruct拓扑优化结果是非常接近的，只是Altair Inspire分析结果中相比OptiStruct拓扑优化结果少了两个支撑筋，这可能是因为在OptiStuct中采用多工况拓扑优化，并对多工况分别进行相应目标值约束（比如位移目标控制约束、固有频率目标控制约束），最后采用的是总体积百分比最小进行目标值。

    结论：

    1、时间：Altair Inspire从导入网格到得到拓扑优化分析结果，总时间接近2小时（这与厚度约束最小尺寸有关，最小厚度越小，分析时间越长），而OptiStruct拓扑优化从导入网格到得到拓扑优化分析结果，大约需要2～3天时间，因此，二者的优化分析时间差距是非常明显的。

    2、精度：Altair Inspire与OptiStruct拓扑优化结果是非常接近的，因此，Altair Inspire无网格拓扑优化的精度是可以保证的。

    3、操作性：Altair Inspire为中文界面，操作更为人性化，通俗易懂；而OptiStruct操作相对较为复杂。