隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品研發(fā)在其生命周期中的地位越來(lái)越重要，不同的研發(fā)流程，對(duì)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期及成本影響非常重要。

? ? 下圖描繪了不同研發(fā)流程對(duì)設(shè)計(jì)周期與成本的影響，橫坐標(biāo)代表的是設(shè)計(jì)周期，縱坐標(biāo)代表了研發(fā)成本。其中紅色曲線代表的是傳統(tǒng)產(chǎn)品的研發(fā)流程：設(shè)計(jì)-制造樣機(jī)-試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)方案，然后重新制造樣機(jī)試驗(yàn)，在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)修改，制造樣機(jī)與試驗(yàn)；工程上，為了加快產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，將有限元分析技術(shù)大量的運(yùn)用到產(chǎn)品的研發(fā)之中，設(shè)計(jì)完成的模型，在制造樣機(jī)的同時(shí)，先根據(jù)產(chǎn)品的受力狀況進(jìn)行有限元分析，然后根據(jù)分析的結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，再進(jìn)行有限元計(jì)算，經(jīng)過(guò)多次計(jì)算分析并調(diào)整設(shè)計(jì)后，進(jìn)行樣機(jī)制造和測(cè)試，最后得到適合的設(shè)計(jì)模型，如圖中綠色曲線所示；但是前面的分析和方案調(diào)整也是人工進(jìn)行干預(yù)的，與設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系，為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化，在設(shè)計(jì)和分析的同時(shí)，引進(jìn)TOSCA、ISIGHT等軟件進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)定義的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，能夠自動(dòng)完成模型方案的優(yōu)化，顯著降低了研發(fā)成本并縮短了設(shè)計(jì)周期，如圖中藍(lán)色曲線所示。

?? ?

???一般來(lái)講，優(yōu)化可分為如下幾類(lèi)：

? ??1.優(yōu)化

接觸非線性拓?fù)鋬?yōu)化

? ? 4.典型形狀優(yōu)化

? ? 6.疲勞形狀優(yōu)化

? ? 8.內(nèi)流場(chǎng)拓?fù)鋬?yōu)化

? ??等等，經(jīng)典拓?fù)鋬?yōu)化廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，能夠快速、高效的由設(shè)計(jì)空間得到初始設(shè)計(jì)方案。常見(jiàn)優(yōu)化流程如下：

?2.利用ANSA等前后處理工具進(jìn)行有限元分析前處理

?a)幾何清理，網(wǎng)格劃分

? ? ? c)設(shè)置邊界條件及載荷

??3.設(shè)置TOSCA優(yōu)化前處理

? ? a)設(shè)置優(yōu)化算法，設(shè)計(jì)區(qū)域及響應(yīng)變量

? ? ? c)設(shè)置停止條件，優(yōu)化設(shè)置，smooth參數(shù)

? ??5.TOSCA.Smooth和TOSCA.Post平滑網(wǎng)格并查看優(yōu)化結(jié)果

? ? 7.輸出CAD支持的IGS、STEP等文件到CAD軟件中參考設(shè)計(jì)

下圖為某汽車(chē)零件優(yōu)化案例：紅色區(qū)域是加載和約束位置；綠色區(qū)域是可優(yōu)化區(qū)域。左上紅色位置施加固定約束；左下紅色區(qū)域軸心受到一個(gè)45°方向1000KN的拉力作用；右側(cè)紅色區(qū)域連接橡膠軸承。整個(gè)結(jié)構(gòu)關(guān)于XY平面對(duì)稱(chēng)，模型的加工方式為鑄造。優(yōu)化目標(biāo)為體積減小30%，結(jié)構(gòu)剛度最大。

二、疲勞非線性拓?fù)鋬?yōu)化

? ??疲勞非線性拓?fù)鋬?yōu)化相比較與經(jīng)典的拓?fù)鋬?yōu)化而言還需要進(jìn)一步計(jì)算疲勞壽命（損傷），相當(dāng)于在經(jīng)典的拓?fù)鋬?yōu)化中增加一個(gè)疲勞計(jì)算的環(huán)節(jié)。所用到的軟件工具包括：三維CAD造型軟件---ANSA/meta前后處理平臺(tái)---TOSCA等優(yōu)化平臺(tái)---ABAQUS等有限元求解軟件---FE/SAFE等疲勞計(jì)算工具，各個(gè)環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)和控制，能夠快速得到優(yōu)化結(jié)果。
? ??以下是一個(gè)疲勞非線性拓?fù)鋬?yōu)化流程：
? ??1.從CAD軟件（Pro/E, CATIA, UG, SolidWorks等）中導(dǎo)入CAD模型
? ? ??c)設(shè)置邊界條件及載荷

? ? ??d)模型檢查及輸出輸入文件

? ? ??e)根據(jù)初步計(jì)算的結(jié)果，在疲勞軟件中進(jìn)行疲勞前處理設(shè)置
? ??3.設(shè)置TOSCA優(yōu)化前處理
? ????a)設(shè)置優(yōu)化算法，設(shè)計(jì)區(qū)域及響應(yīng)變量
? ? ??c)設(shè)置停止條件，優(yōu)化設(shè)置，smooth參數(shù)?? ? 4.選擇有限元求解器（ABAQUS,NASTRAN,ANSYS,MARC…），提交優(yōu)化計(jì)算，優(yōu)化軟件自動(dòng)調(diào)用有限元求解器

? ??5.自動(dòng)調(diào)用疲勞求解器計(jì)算疲勞破壞
? ??6.自動(dòng)調(diào)用TOSCA優(yōu)化求解器進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，并判斷是否收斂或者達(dá)到停止條件，如果沒(méi)有達(dá)到，返回步驟4進(jìn)行有限元求解的下個(gè)循環(huán)計(jì)算，如果滿足，結(jié)束優(yōu)化計(jì)算
? ??8.輸出驗(yàn)證模型到求解器中再次驗(yàn)證計(jì)算

產(chǎn)品幾何模型

優(yōu)化建議

優(yōu)化建議

優(yōu)化建議

?商用客車(chē)車(chē)架分析以及局部?jī)?yōu)化

七 ??某航天設(shè)備輕量化有限元分析

軸對(duì)稱(chēng)模型、實(shí)體模型、殼模型 三種建模方式; 強(qiáng)度、剛度、模態(tài)分析;瞬時(shí)沖擊分析;主體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化分析;關(guān)鍵部分拓?fù)鋬?yōu)化分析;減重效果明顯