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OptiStruct

OptiStruct 概述

OptiStruct 是一款久经行业验证的先进结构分析求解器,可解决静态和动态载荷条件下的线性和非线性问题。 它是一项用于结构设计和优化的市场领先的解决方案。

ptiStruct 基于有限元和多体动力学技术构建,借助高级分析和优化算法,可以帮助设计师和工程师快速开发创新型、轻量化且结构高效型设计。

OptiStruct 为 3D 打印栅格状结构及多种高级材料(如层压复合材料)的设计及优化提供创新解决方案,在引领设计潮流的同时紧随最新的制造技术趋势(如增材制造技术),续写着 20 年提供首入市场的创新优化技术的辉煌历史。


全球已有成千上万家公司采用 OptiStruct 对其结构的强度、耐久性和 NVH(噪音、振动和舒适度)进行分析和优化。

“通过在产品设计前期使用 OptiStruct 对几个主要部件进行形貌优化,我们的产品不再需要反复实验,更有效地避免了共振的发生,进而缩短了设计周期并提升了产品质量。”辛总监说道。

–辛志峰, 机构/热/仿真/M&M总监
联想笔记本产品部门

优势

精确而全面的物理场


如果仿真结果不准确,那么仿真将变得毫无意义。对于需要根据仿真结果进行设计和优化的项目来说,这一点尤为重要。因此,Altair 一直在努力研发准确而全面的分析解决方案,帮助用户捕获产品在日常环境中的行为。

高度并行的求解器


OptiStruct 是一款能够利用最新硬件技术的高度并行求解器。使用区域分解等方法即可在数百个核心上执行 OptiStruct。 在大型设计开发计划中,此应用能够发挥更多优势:工程师可以用它来执行大规模优化,完成可靠稳健的设计,以及通过实验设计进行探索性研究等。

全面的非线性求解器

OptiStruct 支持各种静态和瞬态分析,包括温度相关的非线性材料、几何非线性和接触非线性。支持随时间变化的载荷和随载荷增量步的摩擦系数。支持单元和接触的失效设置、超弹性材料、用户自定义材料和连续滑动。支持用于动力总成系统分析的螺栓预紧和垫圈材料。支持多核并行计算加快分析。


最先进的 NVH 分析求解器


OptiStruct 具备最先进的功能和工作流程,可以有效且高效地完成噪音、振动、舒适度和声音分析。依靠其创新的工作流程,用户可以快速高效地执行整车 NVH 分析。

性能更佳、轻量化和创新设计


在整个设计过程中应当策略性地应用合适的优化技术,这样能最大限度挖掘设计师和工程师的潜力,帮助他们快速研发出更好的设计作品。OptiStruct 的高级优化算法和创新设计理念可提供更好的性能,同时还能减轻重量。

基于优化的解决方案


优化!优化!再优化!优化设计过程是满足用户苛刻要求的最佳方法,既省时又省力。仿真需要推动设计过程。因此,通过分析解决方案来推动优化这一 OptiStruct 开发策略是我们的优势所在,我们可以为客户提供最好的技术来开发最好的设计。


20 年来备受赞誉的优化技术


至今,OptiStruct 引领创新优化技术发展的历史已有 20 年之久。其中包括许多首次进入市场的技术,例如基于应力和疲劳的拓扑优化技术,拓扑驱动的 3D 晶格结构设计技术,以及层压板复合结构设计优化技术。OptiStruct 提供最全面的优化响应库和制造约束,能够根据需要灵活描述各种各样的优化问题。


无缝集成到现有流程中

OptiStruct集成于HyperWorks,帮助企业显著降低极具竞争力的求解器技术的费用。而且,利用现有的前后处理环境,以及高级分析流程,OptiStruct可以无缝集成到现有流程中。


节省宝贵的工程时间


简单、易于理解的错误信息与严格的模型检查相结合,可达到更准确的设计仿真效果。这样用户可以节省因建模错误对模型进行调试和迭代的时间,从而将更多时间用在工程设计上。


易于学习


OptiStruct 使用精简的分析工作流程和用户普遍了解的 Nastran 输入格式,不仅简单易学,还可以轻松集成到现有工作流程中。

功能

集成快速大规模特征值求解器:OptiStruct 在自动化多级子结构特征值求解器 (AMSES) 中内置了一项标准功能,可以以上百万的自由度快速计算上千个模型。

先进的 NVH 分析: OptiStruct 提供独特而先进的功能用于进行 NVH 分析,包括单步 TPA(传递路径分析)、能量流分析、模型简化技术(CMS 和 CDS 超单元)、设计灵敏度以及 ERP(等效辐射功率)设计标准,从而优化 NVH 的结构。

用于非线性分析和动力总成系统耐久性分析的稳健求解器: OptiStruct 已经发展成可支持全方位的物理场用于动力总成系统分析。这包括传热、螺栓和垫圈建模、超弹性材料和高效接触算法的解决方案。

建立设计概念


  • 拓扑优化: OptiStruct 使用拓扑优化来产生创新的概念设计方案。OptiStruct 基于用户定义的设计空间、性能目标和制造约束条件生成优化设计方案。拓扑优化可以应用到 1-D、2-D 和 3-D 设计空间。

  • 形貌优化:对于薄壁结构,通常将焊珠或套管整形器用作增强特征。对于一组给定的焊珠尺寸,OptiStruct 的形貌优化技术将生成创新的设计方案,提供加固所需的最佳焊珠布局和位置以满足具体性能要求。典型的应用包括面板加固和管理频率。

  • 自由尺寸优化: 自由尺寸优化技术广泛用于在机加工金属结构中确定最佳厚度分布,并识别层压复合材料中的最佳层形状。各材料层的单元厚度是自由尺寸优化中的一个设计变量。


设计微调优化


  • 尺寸优化: 通过尺寸优化可确定最佳模型参数,如材料特性、横截面尺寸和层厚。

  • 形状优化: 通过用户定义的形状变量进行形状优化,从而改进现有设计。使用 HyperMesh 中可用的变形技术 HyperMorph 生成形状变量。

  • 自由形状优化:OptiStruct 专有的非参数化形状优化技术可根据设计要求自动生成形状变量并确定最佳的形状轮廓。这省去了用户定义形状变量的工作,使得设计的改进具有更大的灵活性。自由形状优化技术对于减少高应力集中非常有效。



层压复合材料的设计与优化: OptiStruct 中已经实现了独特的 3 阶段流程,为层压复合材料的设计和优化提供帮助。该流程基于一种自然易用的层建模方法。这也有利于考虑层压复合材料设计特有的各种制造限制,如铺层脱落。使用这一流程可得出最佳的层形状(第 1 阶段)、最佳层数(第 2 阶段)和最佳铺层顺序(第 3 阶段)。

增材制造网格结构的设计和优化: 网格结构具有许多良好的特性,如重量轻和热性能佳。它们也非常适合生物医学植入,因为它们具有多孔性特征,并可促进器官组织与骨小梁结构的融合。OptiStruct 有一个独特的解决方案,能够基于拓扑优化设计这类网格结构。因此,可以针对网格梁进行大规模尺寸优化研究,同时兼顾具体的性能目标,如应力、屈曲、位移和频率。

分析与功能亮点

刚度、强度和稳定性

  • 包含线性静力学和包含几何、接触和塑性材料的非线性静态分析

  • 含超弹性材料和连续滑动的大位移分析

  • 快速接触分析

  • 屈曲分析


噪声和振动

  • 实模态和复模态分析

  • 直接法和模态法频率响应分析

  • 随机响应分析

  • 响应谱分析

  • 直接和模态瞬态响应分析

  • 非线性预加载的屈曲、频率响应和瞬态分析

  • 转子动力学

  • 流体-结构耦合 (NVH) 分析

  • 基于复特征值分析的 NVH 分析

  • AMSES 快速特征值求解器

  • 快速模态叠加算法求解器 (FASTFR)

  • 频响峰值自动过滤功能 (PEAKOUT)

  • 一步法传递路径分析 (PFPATH)

  • 辐射声音分析

  • 频率相关的孔隙弹性材料属性

  • 制动啸叫分析

  • 用于提高分析速度的区域分解算法

动力总成系统疲劳


  • 1D 和 3D 螺栓预紧

  • 垫圈建模

  • 接触建模和接触友好单元

  • 塑性硬化

  • 温度相关的材料属性

  • 区域分解

热传递分析


  • 线性和非线性稳态分析

  • 线性瞬态分析

  • 热-机耦合非线性分析

  • 一步瞬态热应力分析

  • 基于接触的热分析

运动学和动力学


  • 静态、准静态和动态分析

  • 载荷提取和效能评估

  • 系统优化和柔性体技术

结构优化


  • 拓扑、形貌和自由尺寸优化

  • 尺寸、形状和自由形状优化

  • 层合材料的设计和优化

  • 增材制造栅格结构的设计和优化

  • 考虑可靠性设计要求的拓扑优化

  • 缝焊和点焊的疲劳

  • 等效静态载荷法

  • 多模型优化