第1章 OptiStruct简介

1.1 OptiStruct功能概述

OptiStruct是业界公认功能最强的结构分析和优化软件之一，其目前支持的分析类型见表1-1。

HyperMesh是OptiStruct求解器最主要的前处理软件，本书一般都是通过HyperMesh进行模型设置，并在HyperMesh界面下方的面板中直接提交优化作业，如图1-1所示。

OptiStruct与Nastran高度兼容。OptiStruct使用标准的Nastran输入语法并且支持将分析结果输出为PUNCH和OUTPUT2格式。OptiStruct支持现有的Nastran模型，可解决常见的线性分析问题。

OptiStruct使用了先进的优化算法，其先进的优化引擎允许用户结合拓扑结构、形貌、尺寸和形状优化方法来创建更多、更好的设计方案，引导合理和轻量化的结构设计。

OptiStruct优化的学习线路如图1-2所示，对于其中的每个项目，Altair公司都提供了单独的学习资料。

OptiStruct的六大优化方法定义如下。

拓扑优化：在满足给定约束的前提下，针对目标函数在给定设计空间寻找最优材料布局。

自由尺寸优化：给定壳单元，在满足给定约束的前提下，针对目标函数为每一个单元寻找一个最优厚度。

形貌优化：给定壳单元，在满足给定约束的前提下，针对目标函数寻找最佳拉延筋布局。

尺寸（参数）优化：针对给定结构，在满足给定约束的前提下，针对目标函数寻找参数。

形状优化：给定结构和用户自定义的形状变量，在满足给定约束的前提下，针对目标函数寻找各个形状的最佳变形比例。

自由形状优化：针对给定结构修改边界节点，在满足给定约束的前提下，针对目标函数寻找各个节点的最佳位置。

一般把拓扑优化、自由尺寸优化、形貌优化称为概念设计优化，尺寸（参数）优化、形状优化、自由形状优化称为详细设计优化，但是这种分类不是绝对的，而且不同优化类型可以在一个模型中同时使用。

OptiStruct使用基于梯度的优化，可以在很短的时间内解决非常复杂的具有成千上万设计变量的优化问题。优化的过程可以类比为从山脚下某个位置开始登山；优化结果相当于最终能到达的位置（一般是某个山峰顶点）；优化结果的性能可以类比为最终位置的高度，如图1-3所示。

OptiStruct优化算法通常只能得到一个局部最优解，优化过程会在内部构建响应面，这样可以绕过一些局部最优解。用户也可以尝试修改优化的起始位置或者使用多起点优化来改进优化。HyperStudy的GRSM和GA等算法能越过一些局部最优解从而取得更好的优化效果，但是它只能进行参数优化，无法进行拓扑、形貌等概念设计优化。