GENESIS结构轻量化及拓扑优化软件

GENESIS是一个将有限元求解器和高级优化算法集于一体的结构优化软件，主要用于结构轻量化和拓扑优化设计。用户可以直接使用ANSYS、Nastran、Abaqus等有限元软件的网格模型和载荷工况来进行结构优化设计。

GENESIS提供了丰富的优化设计功能，包括拓扑优化、形状优化，尺寸优化，形貌优化，自由尺寸优化和自由形状优化等，并支持混合优化。

GENESIS优化模型的构建是基于高级近似概念方法，可以非常快速可靠地进行优化迭代，以获得更快、最优的设计。其优化算法中采用了著名的的优化算法包DOT和BIGDOT，计算效率更高，所需优化迭代次数更少。



软件功能特色

专门提供针对ANSYS、Abaqus、Creo、Solidworks的集成模块，可直接集成在以上软件中使用，无需多余的软件操作学习和培训。
相比其他软件，GENESIS只需很少的迭代次数，即可提供更好的优化效果。
提供了全面的拓扑、形状，尺寸，自有尺寸，形貌和自由形状优化功能。
提供SMS特征值求解器的求解速度是传统Lanczos方法的2-10倍。SMS能够求解超过2000万自由度的问题。
提供BIGDOT优化算法，可以求解超过300万个设计变量的大规模优化模型。
内置了快速，可靠，准确的有限元分析，优化效率更高。
可支持调用ANSYS、DYNA等外部软件作为求解器，扩展求解性能。



1）优化建模功能
支持各类有限元分析
线性静态
非线性接触
惯性释放
动态正规模态
屈曲失稳
频率响应
随机响应
热传递
敏感度
支持多种优化类型
支持多目标、多工况优化
支持多种优化混合功能
支持拓扑，形状，尺寸，自由尺寸，形貌，自由形状等优化类型



支持多种制造约束和几何约束：
包括了对称约束、循环对称约束、复制镜像约束等
包括了铸造约束、充填约束、挤压约束等
优化问题的求解
模型的自由度没有固定限制
快速高效的稀疏矩阵优化求解
SMS，Lanczos和subspace循环特征值求解器
设计敏感度求解采用解析法
优化采用最新的近似方法以获得最高的效率
拓扑优化在满足重量的约束下生成最优的形状
结构设计变量控制形状，同时也控制零件尺寸

2）拓扑优化设计
自动生成设计变量
支持任意网格下的强制几何对称
内置响应
- 重量百分比
- 应变能
- 位移
- 速度
- 加速度
- 频率
- 随机响应
- 应力
- 屈曲载荷系数
- 惯性矩
- 重心
目标函数
- 任何内置响应
- 多种内置响应的组合
- 用户自定义
约束条件
- 任何内置响应
- 多种内置响应的组合
- 用户自定义
输出等值面
- 便于拓扑优化结果的可视化
- 用于生成新的有限元模型，可进一步用于分析或尺寸形状优化。
输出IGES、STL几何文件
- 支持将优化的几何模型输出IGES、STL格式文件



3）自由尺寸（topometry）设计
基于单元的优化
基于几何的优化
- 支持组（group-by-group）尺寸优化



4）形状，尺寸，形貌和自由形状设计
支持混合问题的优化
- 可对结构单元的尺寸和节点位置进行优化
设计变量关联
- 线性或非线性
半自动basis shapes和grid perturbations
- 简单形状优化的输入
- DOMAIN单元定义整个模型的perturbations
- 自然基向量
自动生成topography perturbations
自动生成加强筋分布（rib patterns）
Beam和plate单元库
- 设计变量与元件尺寸直接关联，不仅仅是截面属性
- 内置beam截面：square，rail，I-beam，circle，tee，angle，spar，tube，box&rectangle
- 内置plate模型：solid，Sandwich和two thickness Sandwich
自定义截面类型
- 支持设计变量和截面属性的非线性关联
- 支持用户外部自定义
多种用户可选择的响应
- 内置响应：应力，应变，应变能，力，屈曲载荷因子，固有频率，特征向量，位移，速度，加速度，随机响应，温度，距离，长度，面积，体积，角度，重量，惯性
- 用户自定义响应：用户自定义方程或外部程序
- 与GENESIS连接的外部程序
多种目标函数
- 最小或最小化任何响应
- 给定的响应与目标值的匹配
约束可加在任何响应上
自动生成应力约束
频率和特征向量约束的自动模式跟踪
自动网格光顺
Stress ratio选项

5）内置有限元分析求解器
支持丰富的单元类型
支持多种材料属性
- 各向同性
- 正交异性
- 各向异性
支持多种载荷和边界条件
- 点，压力，热，重力和离心静态载荷
- 通过热传递分析获得的热载荷
- 位移和变形
- 温度、热流密度和对流
- 点，压力和重力动态载荷
- 超单元
- 单点或多点约束

6）GENESIS的典型用户




7）GENESIS附加模块

Design studio for GENESIS优化前后处理工具

Design Studio for GENESIS是一款应对于GENESIS的设计主导的前后处理图形界面。

Design Studio 允许用户显示有限元模型并方便的生成GENESIS的设计数据。它也可以显示分析结果和优化结果。

Design studio for genesis的特征
- 内置trails便于用户创建目标函数和约束条件
- 内置trails便于参数化设计模型
- 提供应力，位移和厚度的等值线图和动画
- 变形图和动画
- 即时isodensity topology图
- 可输出拓扑优化结果为CAD(STL,IGES)或bulk数据
- 频率响应图
- 便于生成报告和讲演
- 便于用户生成图片文件（png格式）
- 便于用户生成动画文件（gif格式）
- 便于生成同视角图片
- 前进和后退功能便于回到前次浏览的界面
- 打印颜色控制
- Lua scripting插件
- 大量的详细的范例和教学辅导便于用户自学

GSAM集成于ANSYS的优化工具

软件概述

GSAM（GENESIS for ANSYS Mechanical）将GENESIS的拓扑优化及其他优化功能集成到ANSYS workbench环境中。设计者可以在一个可靠，鲁棒且易于应用的界面下自动的获取创新设计。

完全的ANSYSWorkbench界面及操作风格
GSAM将拓扑优化集成到ANSYSWorkbench环境当中，与ANSYS诸多分析模块集成使用。GSAM与ANSYS Mechanical高度集成，通过共享模型数据来将GENESIS分析系统添加到ANSYS Workbench当中，在ANSYS Mechanical中通过结构优化工具条定义拓扑优化数据，并进行求解后处理。



采用业界领先的GENESIS求解器进行计算

GSAM求解器完全采用GENESIS的优化求解器。设计优化基于高级近似概念方法，从而快速可靠的获得最优设计。优化算法使用VR&D著名的优化软件工具DOT和BIGDOT，具有多目标，多工况以及混合优化的功能。

BIGDOT可以求解超过300万个设计变量的优化问题。在计算规模日益增大的今天，BIGDOT可以帮用户解决更为复杂庞大的优化问题。



GENESIS的正则模态分析使用快速特征值求解器SMS，其求解速度是传统Lanczos方法的2-10倍。计算规模越大，SMS的优势越明显。

支持多种分析类型

GTAM拓扑优化分析支持多种分析类型，包括线性静力分析、惯性释放、正则模态分析、频率响应分析、屈曲分析、随机振动分析、非线性接触分析等。GTAM均可以和workbench中的以上分析模块建立无缝连接，此外GTAM还可以支持多步分析系统和多工况分析，在其基础上进行拓扑优化分析。

灵活的定义设计区域

拓扑优化的设计区域可以由用户自己方便灵活的定义，任何有限元都可以设为设计域或冻结域。只有在设计域内才会执行拓扑优化，冻结域内不参与优化。



拓扑结果导出

GTAM允许用户将优化得到的新结构形式以STL或IGES格式导出，可以应用于新的分析过程。



ESLDYNA与DYNA集成使用的优化工具

软件概述

ESLDYNA是以GENESIS为结构优化工具，并基于等效静载方法来执行非线性有限元分析的优化问题。ESLDYNA用来求解基于DYAN非线性有限元分析的大规模优化问题。它还能够减少设计时间，在5到10步非线性分析中获得优化结果。

ESLDYNA是以Livermore Software Technology Corporation 的产品LS-DYNA来进行非线性分析的。GENESIS中优化设计技术的大部分都能够应用到非线性模型的设计。应用LS-DYNA输入文件的非线性分析，多种载荷条件下的优化结果都能够同时得到。设计前后处理器DESIGN STUDIO提供了易于应用的界面，可以无缝集成DENESIS和LS-DYNA。




功能特点
- ESLDYNA优化可以处理大量的设计变量
- 减少计算机耗时
- 通过DESIGN STUDIO提高了易用性
- 在LS-DYNA和GENESIS之间无缝集成
- 非常容易的执行形状，尺寸，拓扑，形貌，地形和自由形状优化设计
- 多载荷条件

ESLDYNA的非线性分析及优化实现方法

ELSDYNA应用ESL方法将非线性分析软件和线性优化软件耦合在一起，以设计非线性模型。ESL被定义为一系列静载荷的集合，他们产生的响应与非线性分析中得到一样。优化结果在非线性分析中更新，新的响应就会产生。这个过程不断重复直至设计收敛。在瞬态非线性分析中，时间域被离散并被作为多种工况施加在线性模型上。



在优化过程中，非线性分析的多种载荷条件能够被同时考虑。每一种载荷条件将被视为一个单独的载荷工况施加在线性结构模型上。ESLDYNA同时运行多个LS-DYNA分析来介绍整体设计时间。GENESIS中大部分可行的优化方法都适用于ESLDYNA。