优化技术在工业界推广面临的第一个问题就是其结果的可制造加工性。一个在现有工艺条件下不能被加工，或者加工成本很高的优化结果，是没有任何实用价值的。OptiStruct在拓扑优化中充分考虑了零件的可加工性，创新地把制造加工过程中需要考虑到的因素融合到优化问题的定义中，在工业界备受推崇。
在拓扑优化阶段，OptiStruct可考虑的制造工艺包括以下几个方面。
√棋盘格现象。
√最小成员尺寸。
√最大成员尺寸。
√拔模约束。
√挤压约束。
√模式组（各种对称）。
√均一密度。
√模式重复。
通过灵活应用上述制造工艺约束，或者多种工艺约束的组合，OptiStruct可以充分考虑产品实际加工过程的各种约束，从而使得优化结果便于制造，优化流程真正集成到产品开发过程中。
1.棋盘格现象
棋盘格是指在计算区域中出现材料密度为1和0的单元（或半密度单元）呈周期性分布的现象。如图2-2所示，棋盘格的出现导致优化结果的信息不清，不利于新零件的设计制造。通过CHECKER参数可以实现对棋盘格现象的控制。
图2-2 棋盘格现象及其消除
2.最小成员尺寸
最小成员尺寸是指优化结果中单元密度为1的区域的允许最小尺度。施加最小成员尺寸约束可以消除优化结果中细小的传力路径，保证结构最小尺度大于最小成员尺寸，从而得到比较均匀的材料分布，便于铸造过程的材料流动，或提供足够刚度便于刀具加工。
最小成员尺寸约束可以通过MIMDIM参数施加。一般来说，最小成员尺寸要大于3倍的单元平均尺寸。最小尺寸约束效果如图2-3所示。
图2-3 定义最小成员尺寸d可以消除细小的传力路径
3.最大成员尺寸
最大成员尺寸约束是指优化结果中单元密度为1的区域的各向尺度不能全部大于该尺寸。因此，最大成员尺寸约束可以消除优化结果中的材料堆积，避免制造过程引起的产品缺陷（如在铸造过程中散热不均匀），并能提供多个传力路径，以提高产品可靠性。
最大成员尺寸约束可以通过MAXDIM参数施加。一般来说，最大成员尺寸要大于两倍的最小成员尺寸。最大尺寸约束效果如图2-4所示。
图2-4 最大成员尺寸约束可以消除材料的堆积
4.拔模约束
对于铸造件，或者机加工件，必须考虑制造加工过程中的拔模，或者刀具的进出，因此，在拔模方向或刀具进出的方向上，不能有材料的阻挡。
拔模约束有单模和双模两种，施加拔模约束只需指定拔模方向即可。除了用于考虑具体的制造工艺约束外，拔模约束也适用于在实体表面产生加强筋结构。拔模约束效果如图2-5所示。
图2-5 拔模约束可以去除拔模方向上的材料
5.挤压约束
通过指定挤压方向，使材料沿挤压方向的横截界面保持一致，从而优化结果可以采用型材制造。施加挤压约束后，结构优化实际上是对零件所使用的型材的横截面进行优化。用户通过指定一系列的点来定义挤压的路径。挤压路径可以是曲线的和扭转的。挤压效果如图2-6所示。
图2-6 挤压约束可以优化型材的横截面
6.模式组
模式组约束实际上是各种对称模式的约束。对设计空间施加对称约束可以生成对称设计。即使是在网格、边界条件不对称的模型中，OptiStruct也可以强制生成非常接近于对称的结果。OptiStruct支持如图2-7所示的对称类型。
（1）一平面对称（1-pln sym）：优化结果关于某个平面对称。定义单个中间平面需要提供一个锚点（anchor grid）以及参考点（reference grid），如图2-8所示。(www.xing528.com)
图2-7 模式组约束面板
图2-8 一平面对称
（2）二平面对称（2-pln sym）：优化结果关于某两个垂直的平面对称。定义两个中间平面，需要提供一个锚点（anchor grid）以及两个参考点（reference grid），锚点与第一个参考点（first reference grid）确定第一个对称面（first Plane），锚点与第二个参考点（second reference grid）在第一个对称面上的投影点的连线确定第二个平面的法向，如图2-9所示。
图2-9 二平面对称
（3）三平面对称（3-plnsym）：优化结果关于某三个垂直的平面对称。定义3个中间平面，与两个中间平面的定义相同，第三个中间平面与已定义好的两个对称面正交，并通过锚点，如图2-10所示。
（4）周向循环对称（cyclic）：周向循环对称将设计空间围绕某对称轴等分为用户指定数量的扇形区域，各扇形区域的优化结果一致。用户需要指定锚点和第一参考点确定对称轴方向，然后指定扇形区数量，如图2-11所示。
图2-10 三平面对称
图2-11 三等分的周向循环对称
（5）周向循环及一平面对称（cyc1-pln）：周向循环及一平面对称在周向循环对称的基础上，对每个扇区指定一个中间平面，从而保证每个扇区的优化结果同时是一平面对称的，如图2-12所示。
图2-12 周向循环及一平面对称
7.均一密度（uniform）
在拓扑优化中，设计区中每个单元的单元密度是一个设计变量，优化结果中设计区内的单元密度一般是从0～1分布的。均一密度约束可以强制每个设计区中所有单元的单元密度一致，从而可以判定每个设计区的重要性。
使用均一密度约束，可以实现对“零件重要性”的优化，即该零件的密度如果为1，表示该零件非常重要；密度为0，表示该零件不重要可去除。
8.模式重复
通过指定零件某一区域或多个区域的结构样式和另一区域保持一致，或某方向进行比例缩放，从而减少工艺设计和制造加工的工作量。
定义模式重复的步骤如下：
√创建主设计区，主设计区的模式将被复制到从设计区。
√对主设计区施加其他的制造加工约束，确保主设计区具有良好的可制造加工性。
√定义附着于主设计区的局部坐标，该局部坐标用于确定主从设计区的位置关系。局部坐标可以是已经定义好的坐标系，也可以采用当场选择4个节点确定。局部坐标系既支持右手坐标系，也支持左手坐标系，用户可以根据设计空间的实际情况选用。
√创建从设计区，从设计区在结构样式上将与主设计区保持一致。
定义附着于从设计区的局部坐标系，遵循以下原则：
当从设计区的局部坐标系与主设计区的局部坐标调整到重合时，从设计区的结构样式与主设计区也重合或关于某坐标方向按比例缩放。
如果有必要，定义关于某坐标方向的比例缩放因子。
用户可以重复上述步骤定义指向同一个主设计区的多个从设计区。
模式重复的功能非常强大，主设计区和从设计区的网格，边界条件无需保持一致，OptiStruct将在从设计区强制生成与主设计区结构模式一样的优化结果。图2-13是飞机翼肋优化模型的网格。图2-14是施加模式重复约束后的优化结果。可以看出，尽管翼肋的网格各不相同，但优化后的结构模式是一样的，非常便于设计和制造加工。
图2-13 翼肋的网格模型
图2-14 施加模式重复约束后的优化结果
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