【小項目】Fusion360_Generative Design 入門學習筆記

2019.12.17更新

初次見到衍生式設計的時候感覺非常驚艷，現在覺得這個功能就是個弟弟，只能做一些中看不中用的東西。這個方法的理論基礎是拓撲優化，想做research的同學可參閱“如何入門拓撲優化研究（轉自知乎 周平章博士的文章 很有啟發）”，https://www.cnblogs.com/hyb221512/p/8981900.html

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從2016年開始用SolidWorks。今年暑研項目需要用到Fusion360的衍生式設計模塊。

Fusion360是一個近些年AutoDesk公司開發的，據說把CAD、仿真、CAM和CAE都集成到了一起並基於雲端的神奇軟件。國內的Tutorial還不多，不過官網的已經足夠詳細了。

為什么要學習Fusion360

首先通過渲染和工程圖來傳達您的設計，使用 Fusion 360 進行輕松協作，可以提高團隊的工作效率。當設計統一起來后，可以使用 Fusion 360 的仿真功能進行優化和驗證。如果您的設計不是 Fusion 360 完成的，那么它可以提供有助於進行制造的功能。通過 CAM 功能，可以快速生成用於 CNC 機床的刀具路徑，或者，您也可以將設計發送到三維打印機以快速創建原型。

Fusion360的知乎專欄

1. Fusion360的下載和安裝

官網下載：https://www.autodesk.com/products/fusion-360/students-teachers-educators
手冊的參考鏈接：http://help.autodesk.com/view/fusion360/CHS/

使用Fusion 360在高分辨率顯示器上顯示性能不佳的解決辦法

2. Fusion360入門教程

從SW過來的上手會很快，基本上看一天的tutorials就可以上手了。了解下面的知識：

1. 用戶界面，調出多視圖
2. 十一個工作空間：造型，模型，面片，網絡，渲染，動畫，仿真，比較，簡化，CAM，工程圖
3. 設計策略：自上而下的設計方法
4. 鍵盤快捷鍵
5. 建圖：快速建圖，從草圖建圖，造型
6. 首選項的自定義設置
7. SolidWorks與Fusion360的術語對照表 →可繪制草圖並參數化建模，並使用核心特征建模（和SW的功能差不多）
8. 聯接和運動分析

Fusion360的特色點：

1. 整合了“概念到制造”
2. 自由建模和造型（SO COOL! !）
3. 數據管理與團隊合作

3. 衍生式設計概述

3.1 什么是Generative Design？

衍生式設計（Generative Design）概述
Generative Design ——什么是衍生設計？

Generative Design模擬大自然的進化方式進行設計。它允許您輸入特定的設計目標，包括功能要求、材料類型、制造方法和性能標准。 應用程序裝載有設計要求后，它將搜索程序化合成的設計空間以評估大量生成的設計是否滿足設計要求。然后會將生成的設計備選方案以及在整個設計解決方案空間環境中每種解決方案的性能數據反饋給您。接下來，您能夠實時評估生成的解決方案，隨時返回到設計定義以調整目標和約束以生成符合成功的優化定義的新結果。經過探究之后，一旦設計空間滿足您的要求，您便能夠將設計輸出到制造工具或者導出生成的幾何圖元以在其他 CAD 應用程序中使用。

Generative Design是一款基於雲的工具，支持使用安全、集成的概念到生產工具集快速、輕松地探究設計理念。通過 Autodesk 的雲計算平台，此工具集可擴展為包含 Web 瀏覽器和移動設備。

衍生式設計 術語列表

3.2 Fusion360 衍生式設計的工作流概述與設置要求

• 打開或創建模型：打開現有模型或者使用 Fusion 360 建模工具創建模型。
• 進入“衍生式設計”工作空間：使用工作空間切換器訪問“衍生式設計”工作空間。[可選] 在“編輯模型”工作空間中修改衍生式模型。對衍生式模型進行特定的更改。可以創建實體以表示設計問題中的保留幾何圖元、障礙物幾何圖元和起始形狀幾何圖元。
• 設置衍生式分析：設置設計問題並指定衍生式分析的要求。

如果分析設置滿足以下要求，則表示該分析已做好生成結果的准備了。

• 衍生式模型必須至少包含一個保留幾何圖元實體。

• 分析設置必須至少包含一種材料。

• 必須將至少一個約束應用於保留幾何圖元實體。

• 必須將至少一個載荷應用於保留幾何圖元實體。載荷和約束不能位於同一面、邊或頂點上。

• 如果模型包含起始形狀實體，則其必須與所有保留幾何圖元實體接觸。
  【如果沒有為實體指定幾何圖元類型，則在生成結果時會忽略它。起始形狀可選。可以將起始形狀僅指定給分析中的一個實體。】

• 生成結果：生成滿足在衍生式分析中指定的設計要求的結果。

• 瀏覽結果：使用可幫助您確定最優結果的工具瀏覽結果。

4. 小試牛刀

先畫兩個法蘭盤，給定法蘭盤上的載荷，給定約束條件，給定設計目標為“最小剛度設計”，給定材料為Ti-6Ai4V，不計重力

通過一個小時的計算（沒想到要算上那么久），生成3個收斂結果，2個好像不是很合理，1個結果沒算出來，估計是算崩了

生成的模型

模型的仿真結果

想到的一些問題：

1. 四個結果中只有一個可行，可能是因為不收斂或者溢出帶來的錯誤。只知道這個軟件的原理是基於FEA，但是具體的算法還不甚了解，這可能帶來設計缺陷。
2. 數據庫中材料的實際特性是否和真正加工過程中所用的材料相同？是否會有數量級上的差異？是否存在空間上的不均勻性和不同的工況下的不穩定性？
3. 約束的設計帶來的影響？根據牛頓第三定律，其實對一邊的法蘭進行約束，再另一邊加力即可。在約束的時候，盡可能接近工況——法蘭端面為無摩擦滑移約束，法蘭的孔為固定約束。這樣，法蘭的變形也會被考慮進去。
4. 異形材料通常采用增材加工的方式得到。在加工過程中，是否存在材料特性的改變？是否因為重力的影響帶來存在不均勻性？懸垂角度、支撐對於設計有何影響？
5. 如何證明仿真結果的正確性？三個步驟：首先做一個小模型，並測量其實際的力學特性，並在仿真中加以驗證。然后在仿真中設計實際工況，並根據某准則數（無量綱數）相等，指導模化實驗，考察結果。最后再做1:1的制造和迭代。
6. 對於空心材料的設計方法？如碳纖維管的設計。