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【子领域应用举例】复合材料及结构优化

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复合材料具有各向异性、耦合效应、层间剪切等特殊性质,因此复合材料结构的精确仿真,已成为现代航空结构的迫切需求。许多CAE程序都可以进行复合材料的分析,但是大多程序并没有提供完备的功能,使复合材料的精确仿真难以完成。ANSYS是一款著名的商业化大型通用有限元软件,广泛应用于航空航天领域,为飞机结构中的复合材料层合结构分析提供了完整精确的解决方案。下图应用ANSYS ACP(复合材料)+ Mechanical (有限元)+ Fluent(气动) + DX(快速优化)做的机翼复合材料结构/气动耦合轻量化设计分析。


考虑复合材料的机翼多物理场优化过程


GENESIS Topology for ANSYS Mechanical将GENESIS的拓扑优化功能集成到ANSYS workbench环境中。设计者可以在一个可靠,鲁棒且易于应用的界面下自动的获取创新设计。


GTAM将拓扑优化集成到ANSYS环境当中,与Workbench的诸多分析模块一起,紧密的集成在Workbench上,可以在Project Schematic视窗中创建GENESIS拓扑优化分析并管理。GTAM与ANSYS Mechanical高度集成,通过共享模型数据来将GENESIS分析系统添加到ANSYS Workbench当中,在ANSYS Mechanical中通过结构优化工具条定义拓扑优化数据,并进行求解后处理。



GTAM求解器采用VR&D公司的GENESIS求解器。该求解器是一个全面集成的有限元分析和优化求解器。分析功能包括静态,正则模态,直接和模态频率分析,随机响应分析,热传导分析和系统屈曲分析。设计优化基于高级近似概念方法,从而快速可靠的获得最优设计。优化算法使用VR&D著名的优化软件工具DOT和BIGDOT,具有多目标,多工况以及混合优化的功能。


BIGDOT可以求解超过300万个设计变量的优化问题。在计算规模日益增大的今天,BIGDOT可以帮用户解决更为复杂庞大的优化问题。



GENESIS的正则模态分析使用快速特征值求解器SMS,其求解速度是传统Lanczos方法的2-10倍。计算规模越大,SMS的优势越明显