【小项目】Fusion360_Generative Design 入门学习笔记

2019.12.17更新

初次见到衍生式设计的时候感觉非常惊艳，现在觉得这个功能就是个弟弟，只能做一些中看不中用的东西。这个方法的理论基础是拓扑优化，想做research的同学可参阅“如何入门拓扑优化研究（转自知乎 周平章博士的文章 很有启发）”，https://www.cnblogs.com/hyb221512/p/8981900.html

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从2016年开始用SolidWorks。今年暑研项目需要用到Fusion360的衍生式设计模块。

Fusion360是一个近些年AutoDesk公司开发的，据说把CAD、仿真、CAM和CAE都集成到了一起并基于云端的神奇软件。国内的Tutorial还不多，不过官网的已经足够详细了。

为什么要学习Fusion360

首先通过渲染和工程图来传达您的设计，使用 Fusion 360 进行轻松协作，可以提高团队的工作效率。当设计统一起来后，可以使用 Fusion 360 的仿真功能进行优化和验证。如果您的设计不是 Fusion 360 完成的，那么它可以提供有助于进行制造的功能。通过 CAM 功能，可以快速生成用于 CNC 机床的刀具路径，或者，您也可以将设计发送到三维打印机以快速创建原型。

Fusion360的知乎专栏

1. Fusion360的下载和安装

官网下载：https://www.autodesk.com/products/fusion-360/students-teachers-educators
手册的参考链接：http://help.autodesk.com/view/fusion360/CHS/

使用Fusion 360在高分辨率显示器上显示性能不佳的解决办法

2. Fusion360入门教程

从SW过来的上手会很快，基本上看一天的tutorials就可以上手了。了解下面的知识：

1. 用户界面，调出多视图
2. 十一个工作空间：造型，模型，面片，网络，渲染，动画，仿真，比较，简化，CAM，工程图
3. 设计策略：自上而下的设计方法
4. 键盘快捷键
5. 建图：快速建图，从草图建图，造型
6. 首选项的自定义设置
7. SolidWorks与Fusion360的术语对照表 →可绘制草图并参数化建模，并使用核心特征建模（和SW的功能差不多）
8. 联接和运动分析

Fusion360的特色点：

1. 整合了“概念到制造”
2. 自由建模和造型（SO COOL! !）
3. 数据管理与团队合作

3. 衍生式设计概述

3.1 什么是Generative Design？

衍生式设计（Generative Design）概述
Generative Design ——什么是衍生设计？

Generative Design模拟大自然的进化方式进行设计。它允许您输入特定的设计目标，包括功能要求、材料类型、制造方法和性能标准。 应用程序装载有设计要求后，它将搜索程序化合成的设计空间以评估大量生成的设计是否满足设计要求。然后会将生成的设计备选方案以及在整个设计解决方案空间环境中每种解决方案的性能数据反馈给您。接下来，您能够实时评估生成的解决方案，随时返回到设计定义以调整目标和约束以生成符合成功的优化定义的新结果。经过探究之后，一旦设计空间满足您的要求，您便能够将设计输出到制造工具或者导出生成的几何图元以在其他 CAD 应用程序中使用。

Generative Design是一款基于云的工具，支持使用安全、集成的概念到生产工具集快速、轻松地探究设计理念。通过 Autodesk 的云计算平台，此工具集可扩展为包含 Web 浏览器和移动设备。

衍生式设计 术语列表

3.2 Fusion360 衍生式设计的工作流概述与设置要求

• 打开或创建模型：打开现有模型或者使用 Fusion 360 建模工具创建模型。
• 进入“衍生式设计”工作空间：使用工作空间切换器访问“衍生式设计”工作空间。[可选] 在“编辑模型”工作空间中修改衍生式模型。对衍生式模型进行特定的更改。可以创建实体以表示设计问题中的保留几何图元、障碍物几何图元和起始形状几何图元。
• 设置衍生式分析：设置设计问题并指定衍生式分析的要求。

如果分析设置满足以下要求，则表示该分析已做好生成结果的准备了。

• 衍生式模型必须至少包含一个保留几何图元实体。

• 分析设置必须至少包含一种材料。

• 必须将至少一个约束应用于保留几何图元实体。

• 必须将至少一个载荷应用于保留几何图元实体。载荷和约束不能位于同一面、边或顶点上。

• 如果模型包含起始形状实体，则其必须与所有保留几何图元实体接触。
  【如果没有为实体指定几何图元类型，则在生成结果时会忽略它。起始形状可选。可以将起始形状仅指定给分析中的一个实体。】

• 生成结果：生成满足在衍生式分析中指定的设计要求的结果。

• 浏览结果：使用可帮助您确定最优结果的工具浏览结果。

4. 小试牛刀

先画两个法兰盘，给定法兰盘上的载荷，给定约束条件，给定设计目标为“最小刚度设计”，给定材料为Ti-6Ai4V，不计重力

通过一个小时的计算（没想到要算上那么久），生成3个收敛结果，2个好像不是很合理，1个结果没算出来，估计是算崩了

生成的模型

模型的仿真结果

想到的一些问题：

1. 四个结果中只有一个可行，可能是因为不收敛或者溢出带来的错误。只知道这个软件的原理是基于FEA，但是具体的算法还不甚了解，这可能带来设计缺陷。
2. 数据库中材料的实际特性是否和真正加工过程中所用的材料相同？是否会有数量级上的差异？是否存在空间上的不均匀性和不同的工况下的不稳定性？
3. 约束的设计带来的影响？根据牛顿第三定律，其实对一边的法兰进行约束，再另一边加力即可。在约束的时候，尽可能接近工况——法兰端面为无摩擦滑移约束，法兰的孔为固定约束。这样，法兰的变形也会被考虑进去。
4. 异形材料通常采用增材加工的方式得到。在加工过程中，是否存在材料特性的改变？是否因为重力的影响带来存在不均匀性？悬垂角度、支撑对于设计有何影响？
5. 如何证明仿真结果的正确性？三个步骤：首先做一个小模型，并测量其实际的力学特性，并在仿真中加以验证。然后在仿真中设计实际工况，并根据某准则数（无量纲数）相等，指导模化实验，考察结果。最后再做1:1的制造和迭代。
6. 对于空心材料的设计方法？如碳纤维管的设计。