HyperWorks发射系统底架结构优化及几何体重构(3)
机械优化设计是在进行某种产品设计时，根据规定的约束条件，优化设计参数，使某项或某几项设计指标获得最优值。尽管建模时需作适当简化, 可能使结果不一定完全可行或实际最优, 但其基于客观规律和数据, 又不需要太多费用, 因此具有经验类比或试验手段无可比拟的优点, 如果再辅之以适当经验和试验, 就能得到一个较圆满的优化设计结果[3]。
经过HyperWorks软件优化之后的结构一般具有十分复杂的表面，不仅不能在实体造型软件中自由转换，也使后续的加工和制造工艺难以实现。因此，需要在优化结果的基础之上，对结果进行适当的修改和调整，使其具有较好的表面形状，更具有实际操作和生产加工性。
通过本课题的研究，不仅提高了机械产品设计的效率，利用优化设计理论，通过优化设计软件，节省了设计者的时间和精力，大大缩短了生产实验周期，降低设计与制造费用[18]；同时，对优化结果进行三文模型的转换，使优化之后的结果能转化为实际的模型，为设计之后的加工制造工作提供便利，解决理论优化结果向实体造型的转换，并有效地结合，总结出可行性方案。
1.3 国内外研究现状及发展情况
1.4 本文主要研究内容
（1）研究HyperWorks软件优化结果的属性和特点。主要了解结构拓扑优化结果的特点，通过查看结果文件可更好理解并更佳熟悉优化方式和过程。
（2）利用现有优化结果进行摸底，逐渐建立几何体重构的方法。通过分析优化结果的形状和结果，寻找将其改造为实际三文模型的途径。
（3）使用软件或者编制程序对底架优化结果进行结构重构，通过其他三文实体软件对优化的结构进行重构，或通过编制程序实现几何体之间的自由转换。
2 有限元法及基本思想
HyperWorks软件主要是以OptiStruct模块进行结构优化设计的，其基本方法建立于有限元法上。
“先分后合”和“化整为零又积零为整”是有限元法的基本思想。具体地说：先将连续的求解目标划分为有限个单元体，单元体与单元体之间仅在有限个指定的节点上连结；再为每个单元选择一个较简单的函数，以近似地表达单元体的物理量，并且在问题描述的基本方程基础上列出节点的平衡方程组；之后把所有单元的方程组整合为一个具有结构力学特性的代数方程组；最后在边界条件的约束下求解方程组，从而获得数值解。
有限元法是一种近似的数值求解方法，主要表现为两方面：
（1） 单元体与单元体之间通过节点连结，力通过节点传递；
（2） 每个单元体的物理量分布规律近似假设。
随着计算机技术的高速发展和应用，软硬件技术也在不断提高，多种通用的有限元分析软件也应运而生。这些软件将有限元分析技术、计算机图形学及优化技术有机地结合在一起，以致形成了一个全面的CAE分析系统；利用有限元分析软件不仅可以明显提高产品性能，而且缩短了设计周期，并增强了产品的市场竞争力。
有限元分析通常有三个步骤，包括前处理、分析计算和后处理。pic1为采用有限元法进行结构分析的一般流程。
1.1 有限元法结构分析的一般步骤
（1）前处理
其任务包括：
1）建立分析结构的结构模型。
2）根据所分析的对象和目的，确定有网格划分的方案和装配方案，建立有限元分析的计算模型。
3）确定并施加边界条件，一般为载荷或约束。
（2）计算：在形成总刚度方程，并经约束处理后，求解联立线性方程组，最终得到节点位移。此步骤可通过软件求解器进行求解。