在概念设计的初期，单纯依靠经验和想象来设计零件常常是不够的。 在适当的约束下，如果能够运用“拓扑优化技术”进行分析，结合丰富的产品设计经验，就有能力设计出更符合产品结构的技术方案、工艺要求，且质量更高、质量更轻、质量更好的产品。
拓扑优化的主要思想是，根据给出的负荷状况、制约条件和性能指标，寻求能够在指定区域内优化材料分布的数学方法，对系统材料发挥最大的利用率。
将区域离散为足够数量的子区域，利用有限元分析技术对结构进行强度分析和模态分析等，根据指定的优化策略和指导方针从这些子区域中删除一定数量的单元，用剩下的单元描述结构的最优拓扑结构。
Ansys拓扑优化拓扑优化模块可以结合Ansys机械进行强度和频率两种分析下的拓扑优化分析计算， 强大的SpaceClaim Direct Modeler可以在拓扑优化之后对较为粗糙的小平面切片结构完成光顺化处理，生成STL文件直接送入3D增材打印机打印满足轻量化设计
同时，SpaceClaim Direct Modeler先进、强大的建模技术、修复技术可以使工程师基于光顺后的外观进行建模重构以获得三维造型设计，高级蒙皮功能技术可以最大限度地保持拓扑优化结构形态，这些都是复杂的如图1所示，给出了某机械臂结构拓扑优化和平滑的例子。
轻量化设计后，考虑重构建模和多面直接平滑两种技术，可以直接用于实际产品仿真设计的验证和制造。 只要笔者运用软件能力和认知偏见，重构几何模型与直接多面直接平滑模型相比，前者更容易跟踪修正新的方案设计，有限元验证计算过程的网格分割和加载设定等控制也比较简单，一般整体外观没有违和感，增材、CNC及后者具有更平滑的几何过渡角，形状更新颖，可以在一定程度上降低应力集中，但在其他配方结构的设计变更后，更新拓扑光顺化几何设计比较困难，一般通过增材制造产品。
本文以笔者业余时间进行的拓扑优化和后拓扑处理后的简单实例为素材，简述了ANSYS Topology Optimization的一般使用过程，限于正文篇幅，包括有限元分析过程、空间直接模型的后处理
由于水平有限，错误必然很多，严禁直接应用于企业产品分析使用，避免造成重大事故和不必要的财产损失。 自学，只作为初学者交流学习起作用。
一、拓扑优化项目的流程图构建
拓扑优化项目的流程图构建分为有限元分析计算、拓扑优化分析计算、设计验证流程三个步骤。
1、如图2所示，项目流程图的拓扑优化模块需要建立在强度分析、模态分析或两者的有限元分析的基础上。 强度分析和模态分析比较基础，读者可以根据相关书籍自学完成，只限于篇幅，本文不做叙述。
2、将静力学分析及模态分析【Solution】单元拖动到拓扑优化模块【Setup】单元即可完成数据传输。
3、拓扑优化的计算结果将传递到设计验证系统，经过SpaceClaim Direct Modeler光顺化处理或结构几何重构处理后，可以进行拓扑优化的验证计算工作，生成的新工程项目是前模拟计算中的所有定义边界
二、优化过程的定义和控制
如图所示，这是拓扑优化过程的目录树的说明。
1、指定优化和非优化的领域
使用“优化区域”(Optimization Region )指定模型中的哪些几何部分将参与拓扑优化分析，哪些几何特征将从优化过程中排除。
Exclusion Region是优化区域的子项，用于指定其他排除区域。
2、响应约束的定义
拓扑优化分析自动插入响应约束“响应约束”。 可用的响应类型包括：
1 ) Mass Constraint，Volume Constraint )根据设计的需要修改百分比，以支持“常数”和“范围”两种形式修改优化的保留率得分。
2 )全局von-misesstressconstraint、局部von-mises stress constraint :指定最大应力值，支持多个局部von-m
ises应力约束。3) Natural Frequency Constraint ：确定模态阶次的定义，确定最小和最大频率范围。
4) Reaction Force Constraint：采用指定X/Y/Z分量反力作为约束。
5) Displacement Constraint：指定X/Y/Z位移分量作为约束。
3、 加工约束定义
加工约束包括如下类型：
1) Member Size：最小成员尺寸球内单元激活时满足条件，默认最小单元尺寸为2.5倍最小网格尺寸；最大成员尺寸球内包括非激活单元时条件满足，是自定义选项。
2) Extrusion：用于控制整个截面的拉伸方向，保持在这个方向具有完整的拉伸拓扑形状。
3) Pull Out Direction：用于考虑材料挤出方向，方便基于模具设计零件中开模使用，能够选择单方向、两个方向进行挤出控制。
4) Cyclic：能够建立基于坐标系的循环对称约束。
5) Symmetry：能够建立基于坐标系的对称约束。
如图4所示，这是一个车轮的拓扑设计，其中考虑了5辐轮毂两方案与10幅轮毂方案两种循环对称约束方法的比对。
如图5所示，这是一个无人机的骨架拓扑，采用了x/y两个对中轴所在平面进行对称控制，该模型拓扑之后基于SpaceClaim Direct Modeler完成光顺化处理设计。
4、优化目标
Objective使用工作表为上游有限元分析静态结构或模态以及两种分析类型组合进行多工况、多载荷步指定“响应类型”、 “目标”、“计算公式”、“权重”以及设置“开始载荷步与结束载荷步”、“开始模态和结束模态”的指定，如图6所示。
静态结构分析的默认响应类型设置是柔度，而模态分析的默认响应类型设置是频率。多系统分析可以同时考虑静态结构分析和模态分析响应类型的设置。
5、求解信息
可以基于求解结果中【Topology Density】观察拓扑空间的变化结果，也能够观察材料去除不同百分数下拓扑空间的质量变化等信息，具体操作略。
注意这个去除材料的百分数将会直接影响在SpaceClaim Direct Modeler刻面化结构的表现。
二、SpaceClaim Direct Modeler光顺化与重构设计
SpaceClaim Direct Modeler能够对拓扑后较为粗劣的面片化结构进行光顺化处理，基于光顺化处理的模型重构与建模设计是极为方便的，限于篇幅本文不再对这个过程进行说明，一般光顺化和重构设计工具涉及“设计、刻面、修复、工具、准备”菜单中部分功能项的运用，如图7所示。
三、设计验证
正如前文所诉介绍，能够相当方便的开展光顺化或重构模型的仿真计算设计验证分析，工程师仅需将拓扑优化结果传递至“Design Validation System”系统并自动生成之前的静力或模态分析计算模块，并继承之前的全部计算载荷和约束。注：在ANSYS Mechanical中进行一定程度的虚拟拓扑是非常有必要的。
如图所示，是对某支架结构拓扑优化后（直接建模重构）验证分析计算结果。
如图所示，是对某机械手臂结构拓扑优化后（刻面光顺化）验证分析计算结果。