2016-12-09 by:CAE仿真在线 来源:互联网
结构优化技术是当前CAE技术发展的一个热点,在工程行业中的应用也越来越广泛。应用领域从传统的汽车行业发展到汽车、飞机和船舶的结构布局优化,电子产品的结构件及连接优化,建筑物和土木工程的结构布置等,优化能力从静态发展到动态,从线性发展到非线性,从金属发展到复合材料。
国际上比较知名的优化软件有德国FE-DESIGN公司的Tosca、美国Altair公司的OptiStruct和hyperstudy、ansys优化模块等。这几个软件在现代工业发展中起到了越来越重要的作用,应用也越来越广泛。针对这么多的优化软件,究竟哪一个是你想要的,这是让人头疼的问题。下面笔者就对这些软件逐一进行比较,分析各个软件的优劣,以便给读者一个参考。
1、Tosca vs OptiStruct
Tosca和OptiStruct同为国际上先进的无参结构优化软件,都具备对复杂结构进行拓扑、外形和条纹优化的能力,并可以对任意载荷情况的有限元模型进行优化。
表1 TOSCA–OptiStruct的比较
|
|
TOSCA |
OptiStruct |
|
求解器接口 |
+ABAQUS, ANSYS, I-DEAS, MSC.Marc, MSC.Nastran, PERMAS |
– 集成OptiStruct求解器 |
|
优化算法 |
± 最优标准和控制策略; +标准目标函数和约束; |
± 数学程序敏感性; + 标准目标函数和约束; |
|
前后处理器支持 |
+ ABAQUS/CAE、 ABAQUS/Viewer、 ANSYS、FEMAP、Hypermesh、 I-DEAS、MSC.Patran、 MEDINA |
–Hypermesh、Hyperview |
由表1可见,两者在优化算法方面不相上下,而tosca在求解器接口和前后处理方面均要优于OptiStruct。
表2 TOSCA–OptiStruct拓扑优化比较
|
|
TOSCAtopology |
OptiStructtopology |
|
分析能力 |
+ 线性; + 非线性(接触、大变形,非线性材料); |
– 线性 |
|
支持单元 |
+ 优化区内可以采用大多数的2d和3d单元; + 非优化区内可以使用任何类型单元; |
– 有单元类型限制 |
|
性能 |
+ 由于采用标准求解器,对大型模型也非常有效; + 具有网格自适应划分功能,软单元的优化删除功能; |
+ 对中小型模型具有很好地分析性能; – 大型和超大型模型的分析性能; |
|
后处理 |
+ TOSCA.smooth; + 离散材料分布; |
+ OSSmooth; –连续材料分布; |
表3 TOSCA–OptiStruct形状优化比较
|
|
TOSCAshape |
OptiStruct Shape |
|
分析能力 |
+ 线性; + 非线性(接触、大变形,非线性材料); |
– 线性 |
|
支持单元 |
+ 可以使用所有类型单元 |
– 单元选择有限制 |
|
性能 |
+ 由于使用最优化标准而使优化周期比较短; + 优化周期对于设计变量没有依赖性; + 每个设计节点的完全解空间分布; |
– 由于采用一般的优化算法,需要的优化周期较多; –优化周期数量对设计变量具有依赖性; –形状基础向量的限制解空间; |
|
使用性 |
+ 通过节点集合非常简单地实现无参形状优化 |
– 需要形状基础向量定义的有参形状优化 |
表4 TOSCA–OptiStruct条纹优化比较
|
|
TOSCA bead |
Topography Optimization |
|
优化算法 |
± 最优标准和控制策略; – 标准目标控制函数和约束; + 不依赖于网格划分的求解结果; |
± 采用敏感性的数学编程; + 混合目标函数和约束; – 结果具有网格划分依赖性; |
|
使用性 |
+ 离散解,解释容易 |
– 没有离散解,解释困难 |
表5 TOSCA–OptiStruct尺寸优化比较
|
|
TOSCA |
Optistruct Sizing |
|
分析能力 |
±可以对壳单元厚度和梁截面形状进行优化 |
±可以对壳单元厚度和梁截面形状进行优化 |
由上面的分项比较可知,在拓扑、形状、条纹优化方面,不论是分析能力、支持单元类型还是性能、使用性方面,Tosca均要优于Optistruct。
2、TOSCAshape vs HyperStudy
HyperStudy主要用于CAE环境下的DOE分析,可用于参数形状优化。
表6 TOSCA–HyperStudy形状优化对比
|
|
TOSCAshape |
HyperStudy |
|
求解器接口 |
±ABAQUS、ANSYS、I-DEAS、 MSC.Marc、MSC.Nastran、 PERMAS |
±ABAQUS、ANSYS、Radioss、MSC.Nastran、LS-dyna |
|
性能 |
+由于使用最优化标准而使优化周期比较短; +优化周期对于设计变量没有依赖性; +每个设计节点的完全解空间分布; |
– 由于采用了响应表面优化算法需要很多优化周期; – 求解具有很多设计变量的大型3D形状优化问题比较困难; – 形状基础向量的限制解空间; |
|
使用性 |
+ 通过节点集合非常简单地实现无参形状优化 |
– 需要形状基础向量定义的有参形状优化 |
由表6可以看出,两种软件都支持多种求解器接口,但是在性能和使用性方面,TOSCA明显要优于HyperStudy。
3、TOSCA vs ANSYS优化模块
ANSYS软件的优化模块集成于ANSYS软件中,它必须和参数化设计语言完全集合在一起才能发挥其优化设计功能,即APDL是优化设计的一个核心步骤。
表7 TOSCA–ANSYS优化对比
|
|
TOSCA |
ANSYS |
|
求解器 接口 |
+ ABAQUS、ANSYS、I-DEAS、MSC.Marc、MSC.Nastran、PERMAS |
–ANSYS
|
|
前后处理器支持 |
+ ABAQUS/CAE、ABAQUS/Viewer、ANSYS、FEMAP、 Hypermesh、I-DEAS、MSC.Patran、 MEDINA |
–ANSYS |
|
产品状态、成本 |
–附加产品,额外成本; +产品仍然在开发之中; |
+包括在ANSYS中,没有成本; –已经停止了开发 ; |
表8 TOSCA–ANSYS拓扑优化对比 在求解器接口和前后处理器支持方面,TOSCA明显有多种选择,且其产品仍在更新开发之中。
|
|
TOSCAtopology |
ANSYStopology |
|
分析能力 |
+ 线性; + 非线性(优化区域外部的接触、材料非线性); |
– 线性 |
|
支持单元 |
+ 优化区内可以采用大多数的2d及3d单元; + 非优化区内可以使用任何类型单元; |
–单元选择具有限制: PLANE2、PLANE82、 SOLID92、 SOLID95、 SHELL93 |
|
优化算法 |
± 最优标准和控制策略; + 非交错分布; |
±数学编程; –交错分布; |
|
性能 |
+ 网格自动优化功能 |
–不具有网格自动优化功能 |
|
后处理 |
+ TOSCAsmooth |
–没有光滑后处理功能 |
在拓扑优化方面,不管是分析能力、支持的单元类型,还是优化算法、性能及后处理,TOSCA的功能明显要优于ANSYS。
表9 TOSCA–ANSYS形状优化对比
|
|
TOSCAshape |
ANSYSOpt |
|
分析能力 |
+ 线性; + 非线性; |
+线性; + 非线性; |
|
优化算法 |
± 最优标准和控制策略; + 非交错分布; |
± 表面响应优化算法; + 通用优化算法; |
|
性能 |
+ 需要优化周期少; + 优化周期的数量不依赖于设计变量的数目; |
– 需要很多优化周期; – 不能解决多于10个设计变量的优化问题; |
|
使用性 |
+通过简单定义节点组进行无参形状优化; + 设计节点的不同耦合; |
– 要求形状基础向量的参数形状优化 |
在形状优化方面,TOSCA与ANSYS在分析能力和优化算法上不相上下,而在性能和使用性方面,TOSCA要优于ANSYS。
通过几种常用的优化软件的对比可以看出,TOSCA在分析能力、支持的求解器接口以及前后处理器,使用性等方面均优于其他优化软件。由于具有众多支持的求解器及前后处理器,用户还可以在自己熟悉的求解器以及前后处理环境下工作,而不需培训来熟悉另外一个陌生的软件环境。
相关标签搜索：几种优化软件功能对比浅析 有限元技术培训 有限元仿真理论研究 有限元基础理论公式 能量守恒质量守恒动量守恒一致性方程 有限体积法 什么是有限元 有限元基础知识 有限元软件下载 有限元代做 Fluent、CFX流体分析 HFSS电磁分析 Ansys培训
Copyright © 2002-2022 首页-焦点娱乐-注册登录入口 版权所有 备案号：ICP备********号
