——让优化驱动概念设计理念普及化主要内容概览

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1、全球著名的PLM咨询与研究机构CIMdata评价solidThinkingInspire——让优化驱动概念设计理念普及化主要内容概览：拓扑优化可生成高效的轻量化结构，以满足设计在重量、刚度、强度上的需求。solidThinking的母公司Altair是拓扑优化在商业领域应用的开拓者，其优化产品OptiStruct已在各领域应用多年。solidThinkingInspire是一个专为设计工程师创建的拓扑优化工具，帮助他们解决在产品开发周期前端的问题。客户可以在第一时间获得拓扑优化的结果，从而减少大量重复设计的过程，提

2、升效率。solidThinkingInspire主要应用领域不局限于汽车及航空领域，还包括建筑和工业设计。由这种技术获得有机形态，既能满足结构功能性，又能满足美学需求。在数字化产品不断革新的过程中，工具越来越趋于普及化，即能够让更多的人更轻松地掌握。特别是当仿真驱动的理念引申到产品设计流程的早期，帮助用户选择产品概念并定义产品结构时，这个工具就必须更加简单、快速、更有力地支持关键性的产品决策，满足跨学科的需求。卓越的思考者们认为产品设计中的几何形态应该是设计过程的结果而非起点。他们设想一种系统工程方法，其物理设计是由其

3、性能或其他条件提取或合成的。在这个系统中，几何形态完全是设计研发流程的一部分。拓扑优化是开发结构几何形态的一种方法，这种方法生成的结构可以定向地满足约束要求，比如获得质量最小或者刚度最大的结果。Altair公司是在商业领域推广拓扑优化的先行者，自上世纪90年代就开始推广其产品OptiStruct。自此之后，拓扑优化方法就作为工业中用于获取高效结构的通用且重要的方法，例如航空和汽车行业。制造和其他多种约束提升了这种技术的应用性，但是使用这种技术还需要一些专业的FEA和CAD的知识。为了拓宽拓扑优化技术的市场，solidThi

4、nking（Altair旗下子公司）基于这种技术全新研发了一个目标明确的工具——solidThinkingInspire。Inspire无需用户具备FEA和CAD专业技术。更重要的是，它是在概念阶段施加拓扑优化，领先于详细的CAD设计和通常的仿真环节。在开发Inspire时，solidThinking将其对设计和产品开发流程的理解创造性地展示出来。拓扑优化最佳的应用时期就是概念设计阶段，此时产品仍然拥有很大的设计自由度。但由于时间周期的限制，通常无法让CAE和CAD工程师组成一个团队来共同面对优化方面的工作，而专业级的工程

5、师常常又不精通CAE和CAD工具。Inspire正是一个可以满足主要负责结构设计的工程师使用需求的有效工具。拓扑优化是个非常引人注目的工具。它用于在满足预定载荷条件下生成高效的结构，用户只需定义结构可能会占用的空间、载荷及接触点即可。而生成的解决方案包含可变材料密度的有限元模型。在优化过程中，不需要承受载荷的部位的材料都被移除掉了。由优化技术开发的结构几何形态能满足最小质量和最大刚度的需求。商用的拓扑优化软件已经应用了将近20年，但是常常限制于很多操作上的困难。这种技术更多的是被有限元专家所应用，并且很难被标准的MCAD包

6、所识读，同时，也很难通过传统的注塑、冲压、铸造等制造流程生产出来。因此，当这种技术成功运用于二维结构时，例如翼梁、构架、装备托架等，其真正的潜力还并没有被大家所认识到。拓扑优化项目通常需要一个团队来完成，这里面至少得拥有一位懂产品的工程师、一位FEA专家和一个CAD专家。拓扑优化过程如下：在图1中，托架的设计空间已被定义，并且该空间已被施加了载荷，以及应力或重量的约束等。图1.托架设计空间优化的几何结果见图2。最终所保留的部分中间形成空洞，在制造中，如拉模铸造时就很难生产出来。所以在Inspire中还可以施加制造约束。或者

7、增加对称约束。图2.第一次拓扑优化的结果最后，如果同一部件在多个不同的位置应用，还可以为其施加多工况。最终的Inspire优化结果如图3中所示。然后这个概念可以导入到CAD系统中，帮助设计者开发实际部件的几何形态。图3.最终拓扑优化结果需要注意的是，拓扑优化是用于“探索”满足产品性能需求的结构几何。由此，对于开发流程来说这种“预选”手段非常高效。产品开发流程通常可以用系统工程“V”形图来表示，如图4所示。对于机械设计来说，详细的CAD设计在“V”形的最底部。拓扑优化适合在“V”形的左侧。solidThinking的客户们已

8、开始在CAD设计中应用拓扑优化，他们反馈说这种技术能帮他们大幅减少重复设计的时间。图4.系统工程V形图在完成CAD设计后，就需要进入传统的CAE仿真流程。这时，就可以利用Altair产品OptiStruct中的形貌优化，对设计结果进行微调。优化还可以被应用于“V”形图的右侧，这时由于设计空间以及产品外形