前言

本示例使用优化模块通过引入加强筋来优化简单板的刚度。

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应用描述

本示例说明了基于条件的简单支撑平板的加强筋优化。在加强筋优化过程中，壳单元的节点在壳法线的方向上移动，以增加惯性矩，这导致更大的刚度或更高的特征频率。在不增加成品的质量或成本的情况下，优化后的平板易于使用钣金冲压工艺加工。

1. 几何形状
   该板是一个600 mm×600 mm的三维壳体部件。壳截面的厚度被指定为1.5 mm。壳截面使用默认的Simpson积分规则，其中五个积分点穿过壳截面。

2. 材料
   该板由杨氏模量为210GPa、泊松比为0.3的弹性材料制成。

3. 边界条件和荷载
   板的边缘在所有三个平移自由度上都是固定的。将1.0的压力施加到板中心的分区，如图1所示。
   

4. 优化特征
   加强筋优化的配置如以下各节所述。

• 优化任务
  此示例创建了由基于条件的优化算法控制的加强筋优化任务，加强筋宽度指定为60 mm。
• 设计区域
  选择整个板作为设计区域。默认情况下，优化模块冻结边界条件中包含的板边缘周围节点的位置。
• 设计响应
  创建设计响应，该设计响应计算设计区域中所有单元的应变能的最大值。第二个设计响应计算加强筋高度。
• 目标函数
  单个目标函数试图使设计区域的应变能的最大值最小化。由于柔度被定义为应变能的总和，而刚度是柔度的倒数，因此目标函数等效于最大化板的刚度。
• 约束条件
  单个约束将加强筋高度设置为20 mm。

Abaqus建模方法和仿真技术

该示例创建了一个具有最多三个设计循环的优化过程。

• 分析类型
  进行静态应力分析。
• 运行过程
  包含了一个Python脚本，该脚本使用Abaqus/CAE中的Abaqus脚本接口再现模型。Python脚本（plate_bead_optimization.py）构建优化模型并执行优化作业。要查看优化结果，可以使用优化过程管理器组合生成的输出数据库文件，并打开生成的输出数据文件（Beadprocess\TOSCA_POST\BeadJob_POST.odb）。可以使用“可视化”模块显示优化节点位移（DISP_NORMAL_VAL）的等高线图，该等高线图显示生成的加强筋。您可以返回优化模块，查看在Abaqus/CAE中创建的焊道优化模型。
  Python脚本可以交互运行，也可以从命令行运行，并且该脚本必须可以从工作目录中获得。
• 结果与讨论
  优化过程管理器创建的组合输出数据库文件中提供了结果。该步骤包含三个优化迭代，对应于优化过程的三个设计周期。图2显示了加强筋优化如何移动节点以沿弯曲轨迹创建加强筋。
  

图3和图4比较了优化前和引入加强筋后的板应力。

文件

plate_bead_optimization.py
创建模型和加强筋优化的Python脚本。

参考

Emmrich, D., “Entwicklung einer FEM-basierten Methode zur Gesaltung von Sicken für biegebeanspruchte Leitstützstrukturen im Konstruktionsprozess. ” Forschungsberichte des Instituts für Produktentwicklung, 13. Karlsruhe, 2004.