机械设计专题
《midas NFX》
2021.12
MIDAS lnformaiton Technology Co., Ltd
吊钩拓扑优化分析
拓扑优化分析是产品创新设计的利器。通过此案例，熟悉拓扑优化分析在 midas
NFX 中的分析过程，包括约束条件的设置等；能够区分设计区域和非设计区域。
此例题的操作步骤如下：
a.例题说明
b.新建文件
c.导入几何模型
d.定义材料
e.定义特性
f.网格划分
g.定义边界
h.定义荷载
i.定义分析工况
j.执行计算
k.后处理
1.3.1 例题说明
吊钩是起重机中常用的取物装置，试通过拓扑优化分析，获得能够降低材料成本
的最佳设计。模型说明如下图。
27
1.3.2 新建文件
1
2
3
5
4
①点击新建[
]
②选择[3D]
③选择单位[N-mm-J-sec]
④点击[确定]
⑤在工作窗口单击右键，选择[显示/隐藏导航]，隐藏栅格和基准(需要两次操作)
1.3.3 导入几何模型
28
1
2
4
3
①点击[导入]
②选择[hook.x_T]模型
③勾选[搜索接触面]
④点击[打开]
1.3.4 定义材料
1
2
29
6
3
4
5
①点击[材料]
②点击[创建]旁边的向下小箭头，并选择[各向同性]
③输入名称[DG20Mn]
④输入弹性模量；210000MPa，泊松比：0.3
⑤点击[确认]
⑥点击[关闭]
1.3.5 定义特性
1
30
3
4
2
5
7
6
①点击[单元特性]
②点击[创建]旁边的向下小箭头，并选择[3D]
③选择[实体]
④输入名称：吊钩
⑤选择材料[2:DG20Mn]
⑥点击[确认]
⑦点击[关闭]
1.3.6 网格划分
1
2
3
4
5
6
7
31
8
9
10
①点击[3D]
②选择[映射实体]
③选择 1 个目标，如图所示
④输入单元尺寸 10mm
⑤选择特性[1：吊钩]
⑥输入网格组名称：Ring
⑦点击[适用]
⑧选择 1 个目标，如图所示
⑨输入网格组名称：Body
⑩点击[确认]
1.3.7 定义边界
1
32
2
3
4
5
6
①点击[约束]
②选择[基本]
③选择[面]
④选个目标，共 4 个孔面，如图所示
⑤选择[固定]
⑥点击[确认]
1.3.8 定义荷载
1
2
3
4
5
33
①点击[力]
②选择[力]
③类型选择[面]，并选择 2 个目标面，如图所示
④输入 Y 方向荷载-1000N
⑤点击[确认]
1.3.9 定义分析工况
1
2
4
3
14
34
7
5
8
11
12
6
13
9
10
①点击[优化]，并选择[拓扑优化]
②输入标题：吊钩优化，优化类型选择[拓扑优化：线性静力]和[最小柔度]
③将网格组 Ring 用鼠标拖至非设计组
④点击[分析控制]
⑤选择[优化]选项卡
⑥输入体积目标 30%
⑦选择[制造条件]选项卡
⑧定义条件，[名称]输入[贯穿]，[类型]选择[直线拉伸]，最后点击[网格组]
⑨在左侧对话框选择 Body 网格组，点击向右的单箭头，使 Body 为选定网格组
⑩点击[确认]
⑪[类型]选[参考坐标系]，[参考坐标系]选择[总体直角坐标系]，[方向]选择 Z
⑫点击[添加]
⑬点击[确认]
⑭点击[确认]
35
1.3.10 执行计算
1
2
3
4
36
①点击[执行]
②点击[确认]
③输入文件名：吊钩优化
④点击[保存]
1.3.11 后处理
1
2
3
4
5
6
①点击[优化模型]，选择[拓扑优化]
②选择[吊钩优化]分析组，并选择最后一个步骤结果
③输入材料密度比：0.3，该值即为体积优化目标值 30%
④点击[计算]，可以计算优化后的体积以及体积折减率
⑤生成优化后的有限元模型，输入单元尺寸 6mm
⑥点击[确认]
37