浅谈我用过的有限元软件（三）

weixin

之前聊了我经常用的一些有限元软件，今天来聊聊我用过一款求解器，虽然市面上不常见，但是性价比很高的一款软件——Altair Optistruct。

这款软件是我做硕士论文期间使用的一款软件，在之前我没有听说过，但是使用之后感觉很方便，而且很实用。有限元分析可以分为很多种，比如：静力分析和动力分析，线性分析和非线性分析，稳态分析和瞬态分析等等。其中有一种有限元分析技术不管是在低端制造业还是在高端科技领域都占据着非常大的份量，那就是结构优化技术，而Optistruct 就是为结构优化技术而生的。

说到Optistrut软件有的人可能比较陌生，相比于其他赫赫有名的商用软件，Optistruct 用的人少一些，但是这并不能说明这款软件的求解能力不如其他软件，它的结构分析能力绝对是一流的，但这并不是它最擅长的领域，让它闻名世界的是其无可比拟的结构优化能力，其在结构优化领域的统治力，好比当年的奥尼尔。

Optistruct 有限元求解器是Hyperworks 系列中一款非常卓越的软件，是业界公认的算法稳健、优化类型全面的商业优化设计软件，它也是Altair 软件公司的旗舰产品，其与Hypermesh 之间无缝衔接，两个软件的协同分析能力堪称一绝，绝对不亚于之前提到的Patran 和Nastran。Optistruct 的优化设计能力在现有的各种商业软件中占据第一，其基于有限单元和多体动力的方法，能够轻松处理百万级别自由度的结构，且能在很短时间内解决具有成千上万设计变量的优化问题。不仅如此，Optistruct 充分汲取了其他软件在可制造加工性上的缺陷，设置了便于结构制造加工的模式重复模块，把优化结果最大限度的应用于实际。

Optistruct 支持优化分析类型有拓扑优化，尺寸和自由尺寸优化，形状和自由形状优化。这里我就主要讲讲拓扑优化，其他优化类型要是有时间再单独拿出来说。拓扑优化是目前比较新颖的一种结构优化技术，实质是在给定的优化空间内，根据确定的边界条件，找到满足各种性能指标的最佳传力路径，从而获得质量最轻，用材最少的结构。其属于概念设计阶段的技术，利用拓扑优化设计，工程师可以较为明确的找到性能更佳的初步设计方案。目前，连续体拓扑优化技术已经发展的非常成熟，其使用的变密度法已经被广泛应用到商用优化软件中，Otistruct 软件使用的就是变密度法的拓扑优化技术，其主要思想就是引入一种假想密度概念，把优化区域离散成有限单元，设想优化区域是一种密度在0-1之间的材料，以优化区域的单元密度作为设计变量，在0-1之间连续取值，当密度趋于0时，表示该单元处材料可以去除；密度趋于1时，表明该单元处材料比较重要，应该保留。

利用结构优化技术实现轻量化设计已经成为航天航空、汽车及轨道交通、航海船舶等研究领域不可或缺的技术，而Optistruct 绝对是你进行结构优化设计时必不可少的利器，我的毕业论文就是用Optistruct 软件做的拓扑优化设计，虽然没有得到足以实用的拓扑结构，但是让我感受到了Optistruct 软件的强大及便捷，当我学会了这款软件之后，在工作中进行结构分析时，总有一种想要优化一下的冲动，我的理念就是：万物皆可优。

我是CAE机械师，一个在西安工作的东北人。

来源：CAE机械师微信公众号（ID：lmx19960122）