OptiStruct&HyperStudy理论基础与工程应用（附光盘）

本系列丛书有：

本书主要介绍了OptiStruct和HyperStudy的理论方法、基础练习、使用技巧和工程应用。
全书分上、下两篇。上篇是OptiStruct部分，主要介绍OptiStruct的基础理论和各种优化技术，以及部分优化卡片说明，并提供了大量实例练习和行业工程案例；下篇是HyperStudy部分，主要介绍HyperStudy的各种系统研究和优化方法，并提供了集成不同求解器进行优化设计的大量练习和案例。
本书由Altair中国公司技术团队编写，是Altair中国公司推荐的HyperWorks软件培训用书，可作为机械、汽车、航空航天、船舶、军工、重型装备、电子及家电等相关行业工程技术人员的自学或参考用书，也可作为理工院校相关专业师生学习或者教学用书。

第1章 OptiStruct概述 1

1.1 Altair公司简介 2
1.2 OptiStruct优化流程和理论 3
1.2.1 内部优化流程 4
1.2.2 灵敏度分析 4
1.2.3 近似模型拟合 5
1.2.4 寻优策略 6
1.2.5 收敛准则 6
1.2.6 全局搜索功能 6
1.2.7 约束屏蔽 7
1.2.8 域及其作用 8
1.3 性能响应 9
1.3.1 模型响应 10
1.3.2 子工况相关的响应 12
1.3.3 函数响应 15
1.3.4 外部响应 15
1.4 OptiStruct优化卡片和参数 15
1.5 操作系统平台及性能 18
1.6 OptiStruct运行参数设置 20
1.7 小结 23

第2章 拓扑优化技术实例 24

2.1 拓扑优化技术简介 25
2.1.1 单元密度 25
2.1.2 制造工艺约束 25
2.1.3 OSSmooth模块介绍 30
2.2实例：C形夹结构的概念
设计 31
2.3实例：利用加强筋提高汽车
挡板的固有频率 45
2.4实例：汽车控制臂的概念
设计 55
2.5实例：使用CWELD单元进行
焊点拓扑优化 70
2.6实例：利用DMIG进行模型
缩减的拓扑优化 73
2.7实例：矩形板的频率响应
优化 82
2.8 拓扑优化卡片 97
2.9 小结 105

第3章 形貌优化技术实例 106

3.1实例：受扭平板的形貌
优化 107
3.2实例：利用拓扑和形貌联合
优化磁头悬臂 114
3.3 实例：汽车安全带牵引器支架形貌

优化 120
3.4 形貌优化卡片简介 127
3.5 autobead模块简介 133
3.6 小结 133

第4章 尺寸优化技术实例 134

4.1 实例：支架的尺寸优化 135
4.2 实例：碎纸机的尺寸优化 143
4.3实例：飞机翼肋的自由尺寸
优化 152
4.4实例：集成外部函数的尺寸
优化 157
4.5 尺寸优化卡片 162
4.5.1 DESVAR卡片 162
4.5.2 DDVAL卡片 163
4.5.3 DVPREL1卡片 164
4.5.4 DVPREL2卡片 166
4.5.5 DEQATN卡片 168
4.6 小结 169

第5章 形状优化技术 170

5.1 实例：考虑结构屈曲的钢轨形状
优化 171
5.2实例：带制造工艺约束的自由
形状优化 177
5.3实例：基于全局搜索算法的筋
条形状优化 183
5.4 形状优化卡片 186
5.4.1 DSHAPE卡片 186
5.4.2 DVGRID卡片 189
5.5 小结 190

第6章 复合材料优化技术 191

6.1HyperWorks复合材料仿真
解决方案 192
6.1.1 复合材料建模技术 192
6.1.2 复合材料分析求解技术 193
6.1.3 复合材料结构优化和减重技术 194
6.2实例：复合材料自行车车架
优化 194
6.3 实例：飞机水平尾翼优化 202
6.4 小结 222

第7章 等效静态载荷法 223

7.1 等效静态载荷法简介 224
7.2利用等效静态载荷进行结构
动态优化 225
7.3实例：四连杆机构的形状
优化 226
7.4实例：挖掘机工作臂的拓扑
优化 235
7.5 小结 241

第8章 热、疲劳及非线性优化实例 242

8.1实例：电子器件的热传导
优化 243
8.2 实例：连杆的疲劳特性优化 247

8.3实例：保险杠的碰撞性能
优化 259
8.4 小结 270

第9章 航空行业优化实例 271

9.1实例：舱门连接铰链拓扑
优化 272
9.2实例：舱门横梁拓扑优化与
尺寸优化 284

9.3 实例：舱门横梁自由尺寸优化与
尺寸优化 295
9.4 实例：机身整体结构尺寸优化 304
9.5 小结 321

第10章 航天行业优化实例 322

10.1实例：导弹结构的自由形状
优化 323
10.2 实例：卫星盖板的形貌优化 330
10.3 小结 335
第11章 HyperStudy简介 336

11.1 试验设计 337
11.1.1 试验设计之目的 337
11.1.2 HyperStudy试验设计类型 337
11.1.3 全因子设计 337
11.1.4 部分因子设计 339
11.1.5 中心复合设计（CCD） 339
11.1.6 Box-Behnken设计 340
11.1.7 Plackett-Burman设计 340
11.1.8 拉丁超立方采样 340
11.1.9 哈默斯雷采样 341
11.1.10 用户自定义设计
（User Define） 341
11.1.11 设计矩阵（Run Matrix） 342
11.1.12 试验设计后处理 342
11.2 近似模型 343
11.2.1 小二乘法（LSR） 344
11.2.2 移动小二乘法（MLSM） 345
11.2.3 HyperKriging 348
11.2.4 数据统计分析 349
11.3 优化方法 350
11.3.1 自适应响应面法（ARSM） 351
11.3.2 可行方向法（MFD） 352
11.3.3 序列二次规划（SQP） 353
11.3.4 遗传算法（GA） 353
11.3.5 基于可靠性评估的序列优化
方法（SORA） 355
11.3.6 基于ARSM的SORA 355
11.3.7 多目标遗传算法（MOGA） 355
11.3.8 基于梯度的多目标优化
方法（GMMO） 356
11.4 随机性研究 356
11.4.1 为什么需要随机性研究 356
11.4.2 统计分布 356
11.4.3 采样 358
11.4.4 相关性 359
11.4.5 后处理数据分析 359
11.5 小结 362

第12章 HyperStudy基础练习 363

12.1实例：基于Templex的优化
分析 364
12.2实例：基于Templex的DOE
分析 366
12.3实例：通过参数化Bulk文件
进行尺寸优化 369
12.4实例：通过HyperMesh进入
尺寸优化 374
12.5实例：通过参数化Block文件
进行尺寸优化 378
12.6实例：碰撞分析的可靠性
优化 385
12.7 实例：多学科优化研究 387
12.8 小结 393
第13章 HyperMath集成优化技术实例 394

13.1实例：在HyperStudy中
调用HyperMath求解器
进行优化 395
13.2实例：在HyperStudy中注册
HyperMath函数进行优化399
13.3 小结 402
第14章 Excel集成优化技术实例 403

14.1实例：提取Excel表格数据
进行研究 404
14.2实例：关联Excel表格数据
进行优化设计 407
14.3实例：基于Excel表格进行
多目标优化 412
14.4实例：起落架支撑梁的尺寸
优化 414
14.5 小结 417

第15章 RADIOSS集成优化技术实例 418

15.1 实例：撞击分析的优化设计 419
15.2 实例：材料模型参数标定 432
15.3 实例：多目标形状优化 439
15.4 小结 448
第16章 MotionSolve集成优化实例 449

16.1 实例：车辆悬架的试验设计 450
16.2 实例：车辆悬架的优化分析 458
16.3 小结 461

第17章 HyperForm集成优化实例 462

17.1实例：基于HyperMesh界面的
冲压零件形状优化 463
17.2实例：基于HyperForm界面的
冲压零件形状优化 468

17.3实例：冲压零件的工艺和形状
优化 472
17.4 小结 476
第18章 其他求解器集成优化实例 477

18.1实例：集成LS-Dyna的尺寸
优化 478
18.2实例：集成ANSYS的形状
优化 484
18.3实例：集成Abaqus的形状
优化 489
18.4实例：集成Madymo的DOE
分析 494
18.5实例：集成FLUENT的DOE
分析和优化研究 502
18.6实例：集成AcuSolve的DOE
分析 516
18.7 小结 524

技术支持和服务是Altair公司的核心竞争力之一。从2001年来到中国，Altair公司就开始建立技术团队，为客户提供快速而全面的软件售前、售后技术支持，把Altair全球产品创新技术和工程咨询经验带给中国市场。过去的10年，正是CAE技术引领国内广大制造业企业进行产品创新设计，提升产品竞争力的10年。Altair公司恰逢其时，以其企业级CAE驱动创新平台HyperWorks助力中国制造业自主创新。Altair公司见证了许多国内汽车OEM厂家的CAE队伍从几人到几十人、再到上百人的发展历程；参与了HyperWorks在国内航空航天、电子、船舶、轨道交通、重型机械、军工等行业众多型号和产品上的成功应用；与各企业、科研院所、高校的CAE工程师和学生相互学习，共同为提高中国CAE技术应用水平而努力。
十年弹指一挥间，AltairHyperWorks软件已从V5.0发展到V11.0，中国技术团队也已发展到50多人。Altair公司在为客户服务的过程中，积累了大量的软件技巧和工程经验，同时也发现许多工程师和学生苦于目前市场上关于HyperWorks的中文书籍很少，只能通过一些有限的渠道进行学习和交流，因此深感同广大HyperWorks使用者和爱好者分享技术和经验的重要性。
2011年6月，Altair HyperWorksV11.0正式发布，它包含了众多的新技术和新功能，为广大用户带来超值的CAE技术体验。在Altair大中华区总经理戚国焕先生的支持下，我们决定以V11.0为基础，编写HyperWorks进阶教程系列丛书。本书以HyperWorks11.0版本为平台，介绍了OptiStruct和HyperStudy这两个模块的基本理论方法及工程应用，分上、下两篇，共18章。
上篇主要介绍OptiStruct结构优化模块，包括第1～10章。第1章总体介绍OptiStruct结构优化技术的基础理论；第2～5章介绍拓扑优化、形貌优化、尺寸优化和形状优化技术，并辅以大量实例练习；第6章介绍复合材料优化技术；第7章介绍等效静态载荷（ESL）技术；第8章介绍在热、疲劳和非线性优化方面的一些应用；第9章和第10章介绍OptiStruct在航空航天方面的一些优化案例。
下篇主要介绍HyperStudy系统研究及多学科优化模块，包括第11～18章。第11章介绍HyperStudy的各项技术及其理论方法；第12章提供了大量的HyperStudy基础练习；第13章和14章介绍了两个特色技术，即HyperMath和Excel的集成；第15～17章介绍了大量基于Altair公司求解器，包括Radioss、MotionSolve和HyperForm的实例；第18章为HyperStudy与其他求解器相结合的技术和应用。
本书主要由洪清泉、赵康、张攀编写。参与编写的还有Altair中国公司技术团队成员罗志凡、徐力敏、易俊杰、徐自立、王晨、林德志、罗强、陈锋、李真、杨少彬、刘文文、陆天宇，在此深表感谢。
由于编者水平有限，书中错误及不足之处在所难免，敬请广大读者不吝指正，也欢迎大家共同探讨，可发邮件至 进一步联系。