结构优化软件SolidThinking Inspire的自学攻略

2004年上大学那会，ANSYS软件推广应用还没现在这么广泛，有个老师接项目就是用ANSYS计算，觉得很是高大上！ABAQUS还是一个小众软件，甚至一本参考资料书籍都买不到。短短十几年，计算机辅助计算软件得到了很大的发展，即是经济发展的客观推动，也是机械制造研发的必然结果。现在，各种有限元软件做的功能越来越强大，软件公司也出现了垄断趋势，未来十几年学科的发展方向会走向哪里呢？一、未来有限元软件发展趋势-结构优化根据最近几年的观察，有两种可能，一个是近两年出现的无网格计算软件，计算快，能耗低，未来可期！可能会昙花一现，也可能会迅猛发展，具有不确定性。另一个趋势发展方向却是相当明确，结构优化！

设计好三维模型后计算强度，然后根据计算结果修改三维模型，再计算再修改，这个迭代过程本身就是结构优化的过程，如果能一步到位直接得到较好的结构形状，无疑对提高研发效率有着巨大优势。

国内早期做结构优化的软件，只有一个Altair OptiStruct优化求解器，现在各个有限元软件也都开始介入结构优化这方面，早期的介入肯定会带来更多经验积累，具有先发优势。但是，每一个使用OptiStruct的人都会察觉到软件操作性的的不足，当然，新版本的Altair系列软件正在不断推出，新版本的界面会是什么样子呢？大概率，就是solidThinking Inspire这个软件的样子。（国内原厂工程师基本都这么认为。）

十几年下来，学过用过的各种软件总有几十款了，最简单易学，同时功能又足够使用的软件，只有一款，就是solidThinking Inspire。目前确实推广不如大型商业软件，但是谁又能说的好未来的发展呢？如今势头很猛的ABAQUS十几年前也是小众软件吗!

下面让我们来看一个solidThinking Inspire的典型案例。

将一个方形体进行拓扑优化再到点阵优化，仅仅需要几个简短步骤。如图所示，展现原始模型到拓扑优化，再到点阵优化的过程。需要注意一点，点阵优化只对实体有效，而且设计空间必须与非设计空间分离。

这样一个复杂的优化过程，使用一般优化软件怕是至少要操作计算两天以上，但是放到Inspire软件中，几步操作就能妥妥的完成整个过程，而且计算时长也不会太长，如果电脑性能较高的话，可能计算只需要二三十分钟时间就能完成。这也是Inspire软件的优势所在。

第一步、设置优化计算边界条件

该步骤的边界条件有三个，分别是加载约束，加载拔模方向，加载受力载荷，都是直接点选的操作。

第二步、设置优化运行

该界面有中文版本

1、选择拓扑作为优化类型。2、选择最小化质量作为优化目标。3、在应力约束下，将最小安全系数设为 5.04、将最小厚度约束设置为 15 mm5、点击运行，等待十几分钟计算即可完成。 Inspire软件分中文和英文版本，下载试用时请注意，建议仿真初级学员、机械方向学员使用中文版本便于学习操作，有仿真经验学员，力学方向学员使用英文版本便于后期学习其他Altair软件，新版本Hypermesh软件的操作界面已经开始使用部分Inspire软件中的图表，未来一定会统一成Inspire的模式（内部测试版本图标已经修改）。所以后期工作中使用仿真软件较多的学员，不妨直接学习英语专业术语，因为和其他软件都是通用的。

计算完成后的拓扑形状 第三步、使用包覆功能生成一个 PolyNURBS 零件

包覆功能操作需要一定的技巧，只要练习几个例子就能掌握。关闭初始空间设置，并将新生成的形状设置为新的设计空间。

第四步、运行点阵优化

该界面有中文版本1、选择点阵作为优化类型2、选择最小化质量作为优化目标3、在“点阵”下，将目标长度设置为 6 mm，最小直径设置为 1 mm，最大直径设置为 3 mm4、将填充比例设置为“100% 点阵”。5、在应力约束下，将最小安全系数设为 1.06、点击运行

查看点阵优化的结果

计算流程完成。 二、什么样的人适合使用这款软件呢？第一、机械工程师。因为其简单易学，并且有着强大的优化功能，可以让机械工程师的设计工作一步到位，达到很高的设计优化水平。而且不用等有限元工程师“慢悠悠”的计算结果，何乐而不为呢？通过对比其他有限元软件的计算结果，这个软件的计算精度是可以保证的，毕竟使用了OptiStruct求解器，这个求解器也是运行很多年并且得到业内认可的求解器。有限元工程师的“慢悠悠”也是有原因的啊，毕竟网格不是那么简单划分的，收敛性也是个烦人的问题。

第二、有限元优化工程师。优化设计是未来的工业制造发展大趋势，如果只会用越来越“傻瓜”化操作的商业软件，会被时代所淘汰。当然，也可以学习其他的优化类软件，例如Spaceclaim，每个软件都有自己的优势，但是从一个具有优良求解器又简单易学的软件开始学习优化计算，无疑也是一个很好的选择。

注意注意，很多研发类公司，目前还没有发现优化计算的价值，但是国外尤其是西欧国家，产品的设计研发很重视优化计算，国内未来如何发展，相比大家也都有一个自己的判断。

第三、Altair系列软件学习者。国内目前的机械土木类计算辅助软件，越来越被几个大公司所垄断，原来推广应用不错的两款大型商业软件，由于其操作性的限制，目前在国内很明显出现了颓势（名字我就不提了）。同一个公司旗下的不同软件，不管是兼容性还是操作习惯，都必然具有很多相似性，所以，大家学习使用有限元软件时，可以有选择性的调研一下，那个好用可以优先选择。

任何具体项目问题，都不会出现这个软件能算那个软件算不了的问题，只是软件的认识了解程度不同而已！有的软件强调自己非线性算的好，或者自己具有单元类型的优势，也只是各个软件的宣传手段而已。当然，有的时候软件选择属于公司的决策，个人最多也就是建议建议而已，这个事不用太当回事，因为，使用哪一个软件，习惯了真的都一样!

第四、有限元初学者。没有有限元概念的人，直接学习ANSYS的经典界面或者二次开发的相关软件，一定会晕菜的，所以选择一款简单易学，概念直观的软件无疑是最好的，我可以负责任的说，solidThinking Inspire肯定是好的选择，不仅仅是简单的问题，概念直观才是最大的优势。优化的概念，也同样需要慢慢积累，好处需要时间去发现，优势需要经验做基础。

作者：孙一凡老师，仿真秀专栏作者