拓扑优化是指形状优化，有时也称为外形优化。拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案。这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计。
本节对一支架原始模型迸行了形状拓扑优化计算，目的是在确保其承载能力的基础上减重40％，分析使用的软件针对普通设计工程师的快速分析工具Design Explorer，该软件具有使用方便、快捷，不需要具备有限元基本知识的特点。利用DesignExplorer的拓扑优化功能，得到了支架模型在承受固定载荷下，以减小的材料重量为状态变量，保证结构刚度最大的拓扑形状，为后期的详细设计提供了依据。为了节省时间和提高运算速度，计算中把一些不影响精度的特征去掉，所使用的可以迸行拓扑优化的原始几何模型如图9-17所示。
图9-17 几何模型
DesignExplorer定义拓扑优化问题同定义其他线弹性结构问题做法一样。需要定义材料特性（弹性模量和泊松比，也许还有材料密度），选择拓扑优化合适的单元类型，生成有限元模型，并根据特定的拓扑优化问题需要的判据，迸行施加载荷和边界条件做单载荷或多载荷线性结构静力分析，或者施加边界条件做模态分析。本例做支架的结构静力分析。其具体的分析过程如下。
（1）选择分析类型。选择拓扑优化分析ShapeOptimization。
（2）导入PROE软件创建的几何模型。
（3）添加材料信息。支架材料为ANSYS Workbench默认材料结构钢structural Steel。
（4）设定网格划分参数并迸行网格划分。
1）选择Mesh，右击，选择网格尺寸命令Sizing。
2）在Sizing的属性菜单中，选择整个支架，并指定网格尺寸为20mm。
3）选择Mesh，右击，选择网格尺寸命令Method。
4）在Method的属性菜单中，选择整个支架，并指定剖分方法为四面体单元Tetrahedrons，网格模型如图9-18所示。
（5）施加载荷以及约束。
1）选择Supports-Fixed Support。
2）在支架模型中选择支撑端两孔面，施加固定约束，如图9-19所示。
3）在支架模型自由端孔上施加力载荷，选择Loads-Force，力的方向和大小为X=10N，Y=5N，如图9-20所示。(www.xing528.com)
图9-18 网格模型
图9-19 添加约束
图9-20 施加载荷
（6）设定求解（结果）参数，即设定要求解何种问题、哪些物理量。
1）激活Solution，右击，在弹出菜单中选择Insert-Shape Finder。
2）在Shape Finder属性菜单中，定义拓扑优化目标Target Reduction为40％，如图9-21所示。
图9-21 设置拓扑优化目标
（7）单击SolVe，得到的支架优化结果如图9-22所示。
从图9-22中可以看到，①区域为建议保留部分，②区域为建议挖去部分。在得到拓扑优化的计算结果后，可以回到DesignModeler几何建模中，新生成几何模型，再加载载荷工况，对优化结果迸行检验。
图9-22 优化结果
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