焊點有限元仿真

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1、焊點有限元仿真 焊點有限元仿真 2015/06/10 《現代制造技術與裝備雜志》2015年第一期 1優(yōu)化模型 優(yōu)化設計的數學模型可表述為?;贖yperWorks平臺的拓撲優(yōu)化技術能在給定的設計空間內尋求最佳的材料分布,拓撲優(yōu)化可以采用殼單元或者實體單元來定義設計空間,并用均勻化或密度方法定義材料的流動規(guī)律。結構拓撲優(yōu)化的最大特點是能在不知道結構拓撲形狀的前提下,根據已知邊界條件和載荷條件確定合理的結構形狀,不涉及具體結構尺寸設計,但可以為設計人員提供最優(yōu)的材料分布方

2、案。設計區(qū)中每個單元密度是一個設計變量,優(yōu)化結果中涉及區(qū)域內的單元密度一般是0~1分布的。均一密度約束可以強制每個設計區(qū)中的所有單元的單元密度一致,從而可以判定每個設計區(qū)的重要性。 2實例分析 圖3所示為一左端固定,右端受到2個集中力、一個扭矩作用,兩側采用點焊的鈑金構件,要求構件變形量最小即穩(wěn)固,在哪里進行點焊最合適? 2.1建立模型(model)對于該實例首先建立有限元模型圖4所示,連接板采用Pshell單元,焊點采用CWELD單元。這里采用焊點冗余設計,以便接下來優(yōu)化掉多余的焊點。這里均布8對焊點。 2.2定義設計空間(設計變量Designvariable)設計變量X是一矢量,它

3、的選擇依賴于優(yōu)化類型,對于本實例屬于1D拓撲優(yōu)化,設計變量為焊點單元的密度,所以這里將所有8對焊點單元CWELD設置為設計變量。 2.3創(chuàng)建響應(Response)針對本實例多工況的條件下,采用加權應變能(WeightedCompliance可以認為是結構剛度的倒數)作為響應,它反應整個結構在多工況下的結構柔度。其值越大越易變形。其次,將體積分數作為響應,目的是在給定體積分數(相當于焊點數量)下進行優(yōu)化。此處不是優(yōu)化焊點數量,焊點數量優(yōu)化需首先優(yōu)化出位置。其取值范圍為0.0~1.0。它表示了拓撲優(yōu)化相對于初始設計空間的分數。 2.4定義約束(Constrain)和目標(Objected)通

4、過Optistruct中可靠的優(yōu)化方法,搜索出最優(yōu)的載荷路徑設計方案。在拓撲優(yōu)化中,設計變量為單元的密度,目標為最小化應變能,約束為體積分數。這里要采用懲罰因子和容差來幫助焊點獲得一個離散的結果。 2.5設置載荷步(Loadsteps)采用靜態(tài)線性分析,由于是多工況條件,這里的載荷需采用組合載荷類型(Dload)。 2.6執(zhí)行優(yōu)化(Optistruct)提交Optistruct求解器進行優(yōu)化求解。 3結果檢查 在定義體積分數響應時,其代表著保留8對焊點中的百分比如輸入0.5保留50%即為4對,圖5、圖6所示的是分別將體積分數約束設定為0.5和0.7得到的優(yōu)化結果,即如果采用4對焊點,就按照圖5給出的位置進行焊接,圖6為保留70%焊點的最佳位置。對圖5給出的焊點位置與其它4對任意位置組合進行變形量比較,優(yōu)化后的圖5給出的位移量最小,如圖7、圖8所示,這里只給出一種組合其他組合略。 4結束語 本文給出的是位置優(yōu)化方法,如要進行數量優(yōu)化,在位置確定的基礎上,只要將約束與目標重新設置,提交給求解器即可。

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