2.3 制造约束

2.3.1 成员尺寸约束

最小成员尺寸是最常用的拓扑优化制造约束之一，在parameters子面板设置。

最小成员尺寸适用于2D和3D，可控制小结构特征的尺寸，常用于控制“棋盘格”现象，更容易解释输出的结果，副作用是需要更高的计算成本。最小成员尺寸应大于三倍的平均网格尺寸。如果是排列整齐的网格，可以选择图2-63所示的mesh type选项后设置为平均网格尺寸的两倍。

图2-64所示为不设置最小成员尺寸的优化结果。如果设置最小成员尺寸mindim为60，优化结果变为图2-65所示；如果设置最小成员尺寸为90，优化结果变为图2-66所示。

最大成员尺寸约束对优化结果的影响如图2-67所示，目的是消除材料过度集中。最大成员尺寸约束必须大于最小成员尺寸约束的两倍，也就是大于平均单元尺寸的六倍。

2.3.2 拔模和挤压约束

拔模约束主要是为了防止在压铸或注塑过程中出现无法出模的结构，比如中空结构。拔模约束分为单向拔模和分离模两种。一个设计空间只能有一个拔模方向，考虑到复杂的零件需要从多个方向进行拔模，建议先进行没有拔模约束的优化，根据优化结果将设计空间分割为几块并在合适的方向上分布设置拔模约束。

draw面板右下角的obstacle选项用于一种特殊情况，即设计空间在拔模方向上有非设计区间存在，选择该项后会去掉所有影响拔模的设计空间材料。拔模约束设置面板如图2-68所示。

挤压约束从字面理解只能用于挤压成型的零件，但实际上并不是，更多时候应该将它理解为一种贯穿整个优化空间的拔模约束。

2.3.3 对称约束

设计中通常包含对称，比如汽车左侧的车门和右侧的车门应该是对称的，然而从力学角度来说这不是最优的，因为汽车左右的载荷是不一致的。拓扑优化支持6种对称约束，分别是1个平面对称、2个平面对称、3个平面对称、圆周对称、圆周+1个平面对称和周期重复约束。平面对称约束对优化结果的影响如图2-69所示，圆周对称的优化结果如图2-70所示。

对称约束的结果是使优化结果对称，并不要求设计空间的网格或者外形对称。

周期重复约束对优化结果的影响如图2-71所示，支持在单一域内使设计特征周期重复，支持用户指定分块个数，支持每个周期中的对称定义。

2.3.4 模式重复约束

施加模式重复约束可以得到不断重复的结构，图2-72所示为无模式重复约束的优化结果，图2-73所示为施加模式重复约束的优化结果。

施加模式重复约束并不要求这各个零件或部位的设计变量和优化结果是完全一致的，根据设计情况也可以添加各个方向上的比例系数。图2-74所示为波音787前缘翼肋拓扑优化得到的几何模型。

2.3.5 均匀模式约束

除了把每个单元的密度设置为不同的变量，拓扑优化还可以用于确定整个结构的有无。图2-75中把筋板整体作为设计变量。本例的模型文件在CH2＿3＿5＿uniform＿pat文件夹下。

图2-76所示为均匀模式约束的设置面板，其余设置和普通拓扑优化一致。

局部优化结果如图2-77所示。