ABAQUS / 拓扑优化分析手册 用户手册 分析手册： 13.?Optimization?Techniques 优化技术 13.1?结构优化：概述 13.1.1?概述 ABAQUS 结构优化是一个帮助用户精细化设计的迭代模块。结构优化设计能够使得结构 组件轻量化，并满足刚度和耐久性要求。ABAQUS 提供了两种优化方法——拓扑优化和形状 Topology?optimization 优化。拓扑优化 （ ）通过分析过程中不断修改最初模型中指定优化区 / 域的单元材料性质，有效地从分析的模型中移走 增加单元而获得最优的设计目标。形状优 Shape?optimization 化 （ ）则是在分析中对指定的优化区域不断移动表面节点从而达到减小局 部应力集中的优化目标。拓扑优化和形状优化均遵从一系列优化目标和约束。 Optimization 最优化方法 （ ）是一个通过自动化程序增加设计者在经验和直觉从而缩短 研发过程的工具。想要优化模型，必须知道如何去优化，仅仅说要减小应力或者增大特征值 是不够，做优化必须有更专门的描述。比方说，想要降低在两种不同载荷工况下的最大节点 Object? 力，类似的还有，想要最大化前五阶特征值之和。这种最优化的目标称之为目标函数（ Function） 。另外，在优化过程中可以同时强制限定某些状态参量。例如，可以指定某节点? Constraint 的位移不超过一定的数值。这些强制性的指定措施叫做约束 （ ）。 ABAQUS/CAE可以创建模型然后定义、配置和执行结构优化。更多信息请参考用户手册 第十八章。 13.1.2?术语（Terminology ） Design?area :? 设计区域（ ） 设计区域即模型需要优化的区域。这个区域可以是整个模型， 也可以是模型的一部分或者数部分。一定的边界条件、载荷及人为约束下，拓扑优化通过增 / 加 删除区域中单元的材料达到最优化设计，而形状优化通过移动区域内节点来达到优化的 目的。 设计变量（Design?variables ）：设计变量即优化设计中需要改变的参数。拓扑优化中， 设计区域中单元密度是设计变量，ABAQUS/CAE 优化分析模块在其优化迭代过程中改变单元 密度并将其耦合到刚度矩阵之中。实际上，拓扑优化将模型中单元移除的方法是将单元的质 量和刚度充分变小从而使其不再参与整体结构响应。对于形状优化而言，设计变量是指设计 区域内表面节点位移。优化时，ABAQUS 或者将节点位置向外移动或者向内移动，抑或不移 动。在此过程中，约束会影响表面节点移动的多少及其方向。优化仅仅直接修改边缘处的节 点，而边缘内侧的节点位移通过边缘处节点插值得到。 Design?cycle 设计循环 （ ）: 优化分析是一种不断更新设计变量的迭代过程，执行 ABAQUS 进行模型修改、查看结果以及确定是否达到优化目的。 其中每次迭代叫做一个设计循环。 优化任务（Optimization?task ）： 一次优化任务包含优化的定义，比如设计响应、目标、 限制条件和几何约束。 设计响应（Design?responses）: 优化分析的输入量称之为设计响应。设计响应可以直 接从 ABAQUS的结果输出文件.odb 中读取，比如刚度、应力、特征频率及位移等。或者 ABAQUS 从结果文件中计算得到模型的设计响应，例如质心、重量、相对位移等。一个设计响应与模 型紧密相关，然而，设计响应存在一定的范围，例如区域内的最大应力或者模型体积。另外， 设计响应也与特点