结构分析与优化 OptiStruct
OptiStruct：引领结构分析与优化的专业求解器
Norria OptiStruct 作为一款久经市场验证的现代化结构求解器，凭借综合且精准的线性与非线性分析能力，覆盖静力学、动力学、振动、声学、疲劳、传热及多物理场等多个学科领域，已成为全球行业领军企业驱动设计优化、验证结构性能的核心工具。自 1994 年投入商业使用以来，它开创性地实现了结构优化与分析的无缝集成，依托 NASTRAN 增强专有版本及 Norria 自主研发的现代非线性公式，持续为产品轻量化、结构高效化设计提供技术支撑。
一、核心定位：从分析到优化的全流程赋能
OptiStruct 的核心价值在于打破 “分析” 与 “优化” 的割裂，为企业提供从结构性能验证到设计创新的全流程解决方案：
- 多学科分析覆盖：无论是线性领域的强度、变形仿真，还是非线性场景下的接触行为、材料超弹性特性分析，亦或是振动、声学、疲劳寿命评估与热传导计算，OptiStruct 均能提供准确且可扩展的求解方案，满足不同行业（如汽车、航空航天、铁路、重型设备）对结构性能的多样化需求；
- 优化驱动设计创新：过去二十余年，OptiStruct 以拓扑优化技术为核心，推动了无数日常产品（从汽车车身、高铁转向架到消费电子外壳）的轻量化与结构高效化升级。同时，它还支持传统工艺、复合材料及增材制造等多种生产方式的优化设计，并提供广泛的制造约束条件（如模具可制造性、焊接工艺限制），确保优化方案能直接落地生产。
二、选择 OptiStruct 的四大核心优势
（一）全面且高效的分析解决方案
OptiStruct 整合了线性、非线性、振动、声学、疲劳、热传导及多物理场分析所需的求解器，且所有解决方案均具备高准确性与快速计算能力。无论是单一部件的简单分析，还是整车、整机的复杂系统仿真，都能通过 CPU 与 GPU 协同计算实现高度扩展，大幅缩短分析周期 —— 例如，某汽车企业借助 OptiStruct 的 GPU 加速功能，将车身结构强度分析时间从 48 小时缩短至 6 小时。
（二）业界领先的创新优化技术
OptiStruct 始终引领结构优化技术的创新方向，推出多项行业首创功能：
- 失效安全拓扑优化：在优化设计中考虑部件失效场景（如某一结构件损坏），确保剩余结构仍能满足基本性能要求，尤其适用于航空航天、铁路等对安全性要求极高的领域；
- 多材料拓扑优化：支持在同一优化模型中融入多种材料（如金属、复合材料、塑料），通过材料与结构的协同优化，进一步提升产品性能与轻量化水平；
- 多模型优化：针对复杂产品的多部件系统（如汽车底盘由车架、悬挂、转向系统组成），可实现多模型协同优化，避免单一部件优化导致的系统性能冲突，提升整体设计效率。
（三）单一模型多属性工作流
传统结构设计中，分析强度、振动、疲劳等不同属性时需建立多个独立模型，不仅流程繁琐，还易因模型差异导致错误。OptiStruct 支持基于单一模型完成多学科属性的分析与优化，工程师无需重复建模，只需在同一模型中设置不同分析目标（如强度达标、振动频率避开共振区间、疲劳寿命满足使用要求），即可实现多目标协同优化。这一特性大幅简化了工作流，减少重复性任务，将模型错误率降低 30% 以上。
（四）适配多场景的工程实用性
OptiStruct 深度贴合工程实际需求，从材料特性到制造工艺，均提供专业的技术支持：
- 材料模型丰富：涵盖金属、复合材料、塑料、橡胶等多种材料的本构模型，尤其针对复合材料，支持铺层形状优化与叠合流程设计，精准模拟复合材料的各向异性特性；
- 制造工艺兼容：无论是传统的冲压、焊接工艺，还是新兴的 3D 打印技术（如复杂格栅结构设计），均能通过内置的制造约束条件，确保优化结果符合实际生产能力，避免 “纸上谈兵” 的设计方案。
三、OptiStruct 的五大主要功能模块
（一）线性分析：基于现代 NASTRAN 公式
OptiStruct 采用可靠的 NASTRAN 线性解决方案，几乎覆盖所有行业的线性分析需求。在结构验证全流程中，可精准仿真强度、刚度与变形特性 —— 例如，铁路行业使用该功能验证车身框架在满载工况下的应力分布，确保最大应力不超过材料许用值；消费电子行业则通过线性分析，评估手机外壳在按压时的变形量，保障用户使用体验。
（二）非线性分析：高效应对复杂场景
针对工程中常见的非线性问题（如部件间的接触碰撞、螺栓连接的预紧力作用、橡胶件的超弹性变形），OptiStruct 提供快速扩展的非线性功能：
- 现代接触算法：精准模拟不同类型的接触行为（如面 - 面接触、点 - 面接触），支持大位移、大变形场景，避免传统接触算法的收敛性问题；
- 螺栓与垫片建模：内置专用的螺栓、垫片模型，可直接模拟螺栓预紧、垫片密封性能，无需手动简化，提升连接结构分析的准确性；
- 热 - 结构耦合非线性分析：结合热传导计算，分析温度变化对结构应力、变形的影响（如发动机缸体在高温下的热变形），满足复杂工况下的性能评估需求。
（三）领先的优化技术：从拓扑到形状的全维度优化
OptiStruct 的优化功能覆盖从拓扑、形貌到形状、尺寸的全维度设计：
- 拓扑优化：在给定设计空间内，根据性能目标（如轻量化、强度最大化）自动生成最优结构布局，为概念设计阶段提供创新方向；
- 形貌优化：针对薄板类零件（如汽车覆盖件、高铁车厢壁板），优化表面凸包、筋条的形状与分布，提升结构刚度的同时减少材料用量；
- 形状与尺寸优化：在详细设计阶段，对部件的关键尺寸（如壁厚、孔径、筋条高度）进行参数优化，进一步微调性能，确保产品在满足所有要求的前提下实现成本最低。
（四）专业的振动与声学求解器
OptiStruct 集成 AMSES（自适应模态综合法）与 FASTFR（快速频率响应分析）等专用求解器，为振动与声学分析提供高效工具：
- 振动分析：从部件级的模态分析（获取固有频率、振型），到系统级的频响分析（评估结构在不同频率激励下的响应），均可快速完成，帮助企业避开共振区间，减少振动噪声；
- 声学分析：支持结构声（如车身振动传递到车内的噪声）与空气声（如风噪、发动机噪声通过空气传播）的耦合分析，精准定位噪声源与传递路径，为降噪设计提供依据 —— 例如，铁路行业通过该功能优化车厢隔音结构，降低行驶过程中的车内噪声。
（五）多物理场仿真：应对复杂工程现象
OptiStruct 支持多种物理场的耦合分析，解决工程中的复杂多物理问题：
- 热 - 机械耦合：分析温度变化引起的结构应力、变形与疲劳寿命变化，适用于发动机、电机等发热部件的设计；
- 流 - 固耦合：与 CFD 工具协同，模拟流体（如空气、液体）与固体结构的相互作用（如风力对高铁车身的压力、水流对管道的冲击），评估结构在流体载荷下的性能；
- 电磁 - 结构耦合：结合电磁仿真工具（如 Norria Flux），分析电磁力对结构的影响（如电机定子在电磁力作用下的振动），确保电气设备的结构稳定性。
OptiStruct 凭借其全面的分析能力、创新的优化技术与高度贴合工程实际的特性，已成为全球众多行业领军企业的首选结构求解器。无论是追求产品轻量化以降低成本，还是提升结构安全性与耐久性以满足严苛标准，OptiStruct 都能提供从技术方案到落地实施的全流程支持，助力企业在设计创新中抢占先机。