设计条件
研究的设计条件包括指定以下内容:
研究的设计目标或目的
制造和几何约束
用于制造模型的材料
您可以为研究定义多个设计条件,但一次只能启用一个。在拓扑优化和生成设计期间,仅考虑启用的设计条件。
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您可能会注意到生成的主体的质量与设置的目标稍有不同。为获得更加精确的结果,建议指定较小的网格元素大小。
指定为保留、排除和起始几何的主体可能已分配了材料。在拓扑优化和生成设计期间,将考虑以下材料:
已指定主体 - 忽略分配给单个主体的材料,并考虑在启用的设计条件中定义的启用材料。
未指定主体 - 考虑分配给单个主体的材料。
定义研究的设计条件
1. 单击 “添加设计条件”(Add Design Criteria)“设计条件”(Design Criteria) 对话框打开。
2. 根据研究类型选择“设计目标”(Design Goals)
研究类型
设计目标选择
结构研究
选择下列选项之一:
选择“最大化刚度”(Maximize stiffness),指定目标体积百分比或目标质量,并从列表中选择单位。
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默认情况下,会在设计目标中选择目标体积 (%)。目标体积是起始几何体积块的百分比。
如果将一个主体指定为保留几何而未定义起始几何,则默认设计目标为限制质量。
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若将目标体积作为设计目标,则启用材料的属性对优化结果影响最小。
如果希望不同材料具有不同优化结果,则应选择目标质量作为设计目标。
选择“最小化质量”(Minimize mass) 并指定安全因子。
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要使用安全因子,材料必须具有屈服强度值。定义材料的屈服应力值。
分配给未指定主体的材料也必须具有屈服强度值。
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不建议将安全因子设计目标与 “位移”(Displacement) 约束组合在一起。请使用其中一个。
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运行初始仿真,以对采用所需安全因子的优化成功有所了解。若起始几何的最低安全因子与所需安全因子之间差异较大,则优化很难实现。
应避免起始几何上的应力集中,以获得最优化的合成几何。
模态研究
选择下列选项之一:
选择“最大化基本频率”(Maximize Fundamental Frequency),指定目标体积百分比或目标质量,并从列表中选择单位。
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默认情况下,会在设计目标中选择目标体积 (%)。目标体积是起始几何体积块的百分比。
要使用目标体积 (%) 作为设计目标,必须将一个主体指定为起始几何。
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若将目标体积作为设计目标,则启用材料的属性对优化结果影响最小。
如果希望不同材料具有不同优化结果,则应选择目标质量作为设计目标。
选择“最小化质量”(Minimize mass) 并指定基本频率的最小值。
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基本频率将高于所有载荷工况的指定频率。
3. “设计约束”(Design Constraints) 下,单击“添加约束”(Add Constraints),然后选择相关的制造约束和几何约束
4. 要将材料添加到设计条件,请单击“添加材料”(Add Materials)“材料”(Materials) 对话框随即打开。零件的主材料将出现在“模型中的材料”(Materials in Model) 列表中。
a. 要添加更多材料,请在“库中的材料”(Materials in Library) 列表中双击材料。即可将选定材料添加到“模型中的材料”(Materials in Model) 列表中。
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最多可以向设计条件中添加 10 种材料。
b. 单击“选择”(Select)“材料”(Materials) 对话框随即关闭。选定材料将会出现在“设计条件”(Design Criteria) 对话框的“材料”(Materials) 部分下。
5. 要将材料设置为已启用的材料,请将指针移动到该材料上,然后单击
6. 单击“确定”(OK)。设计条件在创成设计树中的“设计条件”(Design Criteria) 节点下列出。
制造和几何约束
可将不同的制造和几何约束添加至设计条件。下表将介绍可用的约束以及将其添加到设计条件中所需执行的步骤:
约束
添加约束的步骤
“构建方向”(Build Direction) - 此制造约束有助于减少 3D 打印时所需的支撑数量。
指定 3D 打印的方向和临界角度的值。临界角度是相对于无需支撑材料的打印方向的最大角度值。
1. 单击“添加约束”(Add Constraints),然后选择“构建方向”(Build Direction)“设计条件”(Design Criteria) 对话框随即展开。
2. “构建方向”(Build direction) 框中单击。
3. 在图形窗口中,选择一个曲面、坐标系、坐标系轴、边或基准平面作为参考。随即将出现一个箭头,显示构建方向。
4. 要更改构建方向,请执行以下操作之一:
在图形窗口中,单击箭头。
“设计条件”(Design Criteria) 对话框中,单击
5. “临界角度”(Critical angle) 框中,指定角度值。
“分型线”(Parting Line) - 此制造约束可用于铸造和锻造方法。
指定分型线的类型:2D 分型线或 3D 分型线。分型线是零件上的一条线,表示底板和顶板之间的接触。2D 分型线位于基准平面上,而 3D 分型线不限于任何平面。
您还可以指定拖拉方向和拔模角,即模板壁之间的角度。
1. 单击“添加约束”(Add Constraints),然后选择“分型线”(Parting Line)“设计条件”(Design Criteria) 对话框随即展开。
2. “拖拉方向”(Pull direction) 框中单击。
3. 在图形窗口中,选择一个曲面或基准平面作为参考。
4. “设计条件”(Design Criteria) 对话框中,指定“拔模角度”(Draft angle) 值。
5. 要定义“拔模线”(Draft line),请执行以下操作之一:
单击 2D,然后在图形窗口中选择一个平面。
单击 3D
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选择“分型线”(Parting Line) 约束后,将无法选择“线性拉伸”(Linear Extrude) 约束。两者是对立的制造约束。
“线性拉伸”(Linear Extrude) - 此制造约束可用于 2 轴和 3 轴铣削方法。
此约束可创建线性拖拉方向拉伸,此为铣削刀具的方向。
您可进行单向或双向线性拉伸。对于 3 轴铣床而言,单向拉伸在一侧为平面形状,而在另一侧则为自由形状。对于 2 轴切削而言,双向拉伸在两侧均为平面形状。
1. 单击“添加约束”(Add Constraints),然后选择“线性拉伸”(Linear Extrude)“设计条件”(Design Criteria) 对话框随即展开。
2. “拉伸方向”(Extrude direction) 框中单击。
3. 在图形窗口中,选择一个曲面、边、基准平面或坐标系轴作为参考。随即将出现一个箭头,显示拉伸方向。
4. 要更改拉伸方向,请执行以下操作之一:
在图形窗口中,单击箭头。
“设计条件”(Design Criteria) 对话框中,单击
5. “拉伸角度”(Extrude angle) 框中,指定角度值。
6. 要进行双向拉伸,请选中“双向”(Bi-directional) 复选框。
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选择“线性拉伸”(Linear Extrude) 约束后,将无法选择“分型线”(Parting Line) 约束。两者是对立的制造约束。
“对称”(Symmetry) - 此几何约束可构建平面、旋转或同时构建这两类对称。
即使研究中存在非对称加载,平面和旋转对称约束也会强制使形状对称。
1. 单击“添加约束”(Add Constraints),然后选择“对称”(Symmetry)“设计条件”(Design Criteria) 对话框随即展开。
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可添加平面约束、旋转约束或同时添加这两种类型的约束。
2. 要添加平面约束,请执行以下操作:
a. 单击
b. 在图形窗口中,选择平面作为“对称平面”(Symmetry planes)。最多可以选择三个对称平面。
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按住 Ctrl 键以选择多个对称平面。
3. 要添加旋转约束,请执行以下操作:
a. 单击
b. 在图形窗口中,任选一轴作为“对称轴”(Symmetry axis)
c. 将旋转重复次数指定为“实例”(Instances)
4. 要同时添加平面和旋转约束,请执行以下操作:
a. 单击
b. 在图形窗口中,选择“对称平面”(Symmetry planes)
c. 在图形窗口中,选择“对称轴”(Symmetry axis)
d. 指定“实例”(Instances) 数量。
“材料分布”(Material Spreading) - 此几何约束可控制材料的分布情况。
材料分布值的范围为 0 至 100。增大此值会导致厚实体区域减少,薄壁和支柱增多。
1. 单击“添加约束”(Add Constraints),然后选择“材料分布”(Material Spreading)“设计条件”(Design Criteria) 对话框随即展开。
2. 要定义“材料分布”(Material spreading),请调整滑块或在框中指定值。
“最小皱褶半径”(Minimum Crease Radius) - 此几何约束可用于平滑已求解的几何并减少优化期间的腹板。
此约束可确保所有曲面在最小半径周围保持相同的曲率。
1. 单击“添加约束”(Add Constraints),然后选择“最小皱褶半径”(Minimum Crease Radius)“设计条件”(Design Criteria) 对话框随即展开。
2. “最小皱褶半径”(Minimum Crease Radius) 框中,指定值并从列表中选择一个单位。
设计条件和材料状况
创成设计树上的字型表示设计标准和材料的状况:
- 已定义设计条件,但未启用。
- 设计条件已启用。拓扑优化和生成设计仅考虑启用的设计条件。
- 未定义设计条件。
- 已定义设计条件,但有问题。
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将指针移动到图标上,以查看可帮助您解决问题的工具提示。
- 作为设计条件或材料的项与创成设计特征(GDF)相关联。
- 材料已启用。
针对创成设计树中设计条件的操作
可对创成设计树中的设计条件执行以下操作:
操作
执行操作的步骤
启用设计条件。
选择设计条件节点,然后在浮动工具栏上单击 “激活”(Activate)
修改设计条件。
选择设计条件节点,然后在浮动工具栏中单击 “编辑定义”(Edit Definition)。“设计条件”(Design Criteria) 对话框打开。编辑设计参数,然后单击“确定”(OK) 以保存到更改。
重复设计条件。
右键单击设计条件节点,然后单击“重复”(Duplicate)。这会创建所选设计条件的副本,并将其添加到研究中。
或者,右键单击设计条件节点,然后单击 “复制”(Copy)。右键单击研究节点,然后单击“粘贴”(Paste)
新建设计条件。
选择设计条件节点,然后在浮动工具栏中单击 “新建”(New)“设计条件”(Design Criteria) 对话框打开。
重命名设计条件。
右键单击设计条件节点,然后单击 “重命名”(Rename)
删除设计条件。
右键单击设计条件节点,然后单击 “删除”(Delete)
针对创成设计树中材料的操作
可对创成设计树中的材料执行以下操作:
操作
执行操作的步骤
更改材料。
选择材料,然后在浮动工具栏上单击 “编辑定义”(Edit Definition)“材料定义”(Material Definition) 对话框打开。选择新材料,然后单击“确定”(OK) 以保存更改。
启用材料。
选择材料,然后在浮动工具栏上单击 “激活”(Activate)。如果激活材料,则与之关联的制造方法也会被激活。
移除材料。
右键单击材料,然后单击“移除”(Remove)
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