COMSOL Multiphysics^® 6.1 发布亮点

优化模块更新

COMSOL Multiphysics^® 6.1 版本为“优化模块”的用户提供了铣削约束用于拓扑优化，现在可以更好地支持在形状优化中保持曲线和曲面的连续性，并添加了新的特征进行结构壳的特征频率形状优化。请阅读以下内容，进一步了解这些特征。

拓扑优化的制造约束

拓扑优化与极端的设计自由度相关。这可以产生极端的性能，但也可能产生使用传统制造技术加工时极具挑战性的复杂几何零件。现有的密度模型 特征现在包含铣削约束功能，可以确保与传统制造技术兼容。您可以在新的带铣削约束的梁的拓扑优化模型和多个更新的结构力学模型中查看此特征的应用演示。

“轮辋 - 带铣削约束的拓扑优化”教学案例演示了车轮的拓扑优化，其中对整个车轮进行建模，并应用扇区对称进行形状优化。本例对轮辋在 12 种载荷工况下的刚度进行优化，其中包含轴向铣削约束（左）。右图显示没有铣削约束时的相应结果以供参考。

形状优化的连续性

在执行形状优化时，保持法矢的连续性是在优化的几何模型中保持平滑曲线和曲面的一种方式。自由形状边界 和自由形状壳 特征已得到扩展，现在支持在对称 和滚子 边界上保持法矢的连续性，以及在不同的自由形状边界 与自由形状壳 特征的选择之间保持法矢的连续性。同样，二维版本的多项式边界 和多项式壳 特征也进行了扩展，现在支持在对称 和辊支承 边界上保持法矢的连续性，以及在选择中的实体之间和固定点旁边的实体之间保持法矢的连续性。梁的设计优化模型已更新为支持使用这一新功能。

此外，控制函数 特征现在还包含分段伯恩斯坦多项式 选项。对于这种控制类型，多项式之间的斜率保持连续，这对于增加设计自由度很有帮助，而不会引入通常与高阶多项式有关的高频噪声。

新的“轮辋 - 疲劳评估应力优化”教学案例演示了关于最大应力近似的车轮形状优化，其中对整个车轮进行建模，并应用扇区对称来进行形状优化。此外，还在用于应力计算的扇区上使用较细化的网格，并使用 自由形状边界特征的设置来确保扇区间法矢的连续性。优化设计考虑了 6 种载荷工况，对最坏的情况进行优化，同时将刚度和质量约束到初始值。这是一种启发式的疲劳优化方法，因此在优化前后都要对疲劳属性进行评估。

对壳的特征频率使用基于梯度的优化

现在，用户可以对特征频率进行某些类型的基于梯度的优化，例如，可用于结构壳的形状优化。新版本已将现有的多项式边界 特征扩展为支持三维模式，并在形状优化 接口中添加了新的多项式壳 特征。您可以在新的壳的特征频率最大化教学案例中查看此功能的应用演示。

“壳的特征频率最大化”教学案例演示如何使用新的 多项式壳特征将壳的最低特征频率最大化。

新的和更新的教学案例

COMSOL Multiphysics^® 6.1 版本的“优化模块”引入了多个新增和更新的教学案例。

导出和导入拓扑优化的钢钩

在这个钢钩的拓扑优化教程中，当结构件承受两种载荷工况时，可以通过仿真找到最佳的材料分布。这是之前提供的模型，现已更新为使用 密度模型特征中提供的新铣削约束。

“案例库”标题：
hook_topology_optimization_stl
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带铣削约束的扭转球的拓扑优化

本例是铣削约束的基准模型，求解扭矩拓扑优化问题。无铣削约束时，得到的形状是一个封闭的球体；应用铣削约束后，得到如图所示的复杂形状。模型中对具有四个铣削方向的拓扑结构进行优化，由于结构对称，因此只需考虑两个铣削方向。

“案例下载”页面标题：
torque_topology_optimization_milling
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立式推力轴承的拓扑优化

本例采用拓扑优化来设计一个能够支撑大载荷的立式推力轴承。通过修改初始设计，可以确定具有不同沟槽数的多种设计；并使用贴体网格对结果进行了验证。

“案例库”标题：
step_thrust_bearing_topology_optimization
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立式推力轴承的形状优化

本例采用形状优化来设计一个能够支撑大载荷的立式推力轴承，其中使用 控制函数特征在方位角方向移动台阶。

“案例库”标题：
step_thrust_bearing_shape_optimization
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带铣削约束的梁的拓扑优化

本例通过拓扑优化，尽可能地减小受位移约束和分布载荷作用的铝梁的质量。这个之前提供的模型现已经过修改，以演示如何使用新的铣削约束从 x 和 y 轴进行铣削。

“案例库”标题：
beam_optimization_milling
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梁的设计优化

本例通过形状优化，尽可能地减小受位移约束和分布载荷作用的铝梁的质量。这个之前提供的模型现已更新，其中的新功能可以确保用于定义下边界形状的两个二阶伯恩斯坦多项式之间的法矢具有连续性。

“案例库”标题：
beam_optimization
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壳的特征频率最大化

本例使用 多项式壳特征使壳发生变形，从而对其最低特征频率进行优化。最右侧的边界在壳 接口中固定，而其他外部边则在 形状优化接口中固定。

“案例库”标题：
shell_eigenfrequency_shape_optimization
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声音分区的拓扑优化（考虑声-结构相互作用）

本模型重现了一篇关于声屏障设计的学术论文，其中使用 固体力学接口的混合公式为屏障的声-结构相互作用建立拓扑优化，并使用贴体网格对最终设计进行验证。

“案例下载”页面标题：
topology_optimization_solid_aco
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支架 - 疲劳评估应力优化

本例演示形状优化和结构疲劳评估，并最大限度地减小支架的近似最大应力。其中质量和刚度相对于初始值受到约束。与初始几何形状（上）相比，优化后的疲劳寿命（下）得到了改善。

“案例库”标题：
bracket_fatigue_optimization
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轮辋 — 疲劳评估应力优化

本例使用形状优化来尽可能地减小车轮的近似最大应力。其中应用扇区对称为整个车轮进行建模；用于应力计算的扇区采用了较细化的网格。

“案例下载”页面标题：
rim_fatigue_optimization
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轮辋 - 带铣削约束的拓扑优化

本例使用带制造约束的拓扑优化，对一个轮辋模型在 12 种载荷工况下的刚度进行优化。其中对整个车轮进行建模，并应用扇区对称进行形状优化。

“案例下载”页面标题：
wheel_topology_optimization_milling
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