ANSYS优化设计Word格式文档下载.docx

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设计变量，状态变量，目标函数，合理和不合理的设计，分析文件，迭代，循环，设计序列等。

咱们看以下一个典型的优化设计问题：

在以下的约束条件下找出如下矩形截面梁的最小重量：

总应力不超过max[max]

梁的变形不超过max[max]

梁的高度h不超过hmax[hhmax]

图1-1梁的优化设计例如

设计变量（DVs）为自变量，优化结果的取得确实是通过改变设计变量的数值来实现的。

每一个设计变量都有上下限，它概念了设计变量的转变范围。

在以上的问题里，设计变量很显然为梁的宽度b和高度h。

b和h都不可能为负值，因此其下限应为b，h>

0，而且，h有上限hmax。

ANSYS优化程序许诺概念不超过60个设计变量。

状态变量（SVs）是约束设计的数值。

它们是“因变量”，是设计变量的函数。

状态变量可能会有上下限，也可能只有单方面的限制，即只有上限或只有下限。

在上述梁问题中，有两个状态变量：

（总应力）和（梁的位移）。

在ANSYS优化程序顶用户能够概念不超过100个状态变量。

目标函数是要尽可能减小的数值。

它必需是设计变量的函数，也确实是说，改变设计变量的数值将改变目标函数的数值。

在以上的问题中，梁的总重量应该是目标函数。

在ANSYS优化程序中，只能设定一个目标函数。

设计变量，状态变量和目标函数总称为优化变量。

在ANSYS优化中，这些变量是由用户概念的参数来指定的。

用户必需指出在参数集中哪些是设计变量，哪些是状态变量，哪是目标函数。

设计序列是指确信一个特定模型的参数的集合。

一样来讲，设计序列是由优化变量的数值来确信的，但所有的模型参数（包括不是优化变量的参数）组成了一个设计序列。

一个合理的设计是指知足所有给定的约束条件（设计变量的约束和状态变量的约束）的设计。

若是其中任一约束条件不被知足，设计就被以为是不合理的。

而最优设计是既知足所有的约束条件又能取得最小目标函数值的设计。

（若是所有的设计序列都是不合理的，那么最优设计是最接近于合理的设计，而不考虑目标函数的数值。

分析文件是一个ANSYS的命令流输入文件，包括一个完整的分析进程（前处置，求解，后处置）。

它必需包括一个参数化的模型，用参数概念模型并指出设计变量，状态变量和目标函数。

由那个文件能够自动生成优化循环文件（），并在优化计算中循环处置。

一次循环指一个分析周期。

（能够明白得为执行一次分析文件。

）最后一次循环的输出存储在文件中。

优化迭代（或仅仅是迭代进程）是产生新的设计序列的一次或多次分析循环。

一样来讲，一次迭代等同于一次循环。

但关于一阶方式，一次迭代代表多次循环。

优化数据库记录当前的优化环境，包括优化变量概念，参数，所有优化设定，和设计序列集合。

该数据库能够存储（在文件），也能够随时读入优化处置器中。

上述的许多概念能够用图解帮忙明白得。

图1-2示出了优化分析中的数据流向。

分析文件必需作为一个单独的实体存在，优化数据库不是ANSYS模型数据库的一部份。

优化设计的步骤

共有两种方式实现ANSYS优化设计：

批处置方式和通过GUI交互式地完成。

这两种方式的选择取决于用户关于ANSYS程序的熟悉程度和是不是适应于图形交互方式。

若是关于ANSYS程序的命令相当熟悉，就能够够选择用命令输入整个优化文件并通过批处置方式来进行优化。

关于复杂的需用大量机时的分析任务来讲（如非线性），这种方式更有效率。

而另一方面，交互方式具有更大的灵活性，而且能够实时看到循环进程的结果。

在用GUI方式进行优化时，首要的是要成立模型的分析文件，然后优化处置器所提供的功能都能够交互式的利用，以确信设计空间，便于后续优化处置的进行。

这些初期交互式的操作能够帮忙用户缩小设计空间的大小，使优化进程取得更高的效率。

优化设计通常包括以下几个步骤，这些步骤依照用户所选用优化方式的不同（批处置GUI方式）而有细微的不同。

图1-2优化数据流向

生成循环所用的分析文件。

该文件必需包括整个分析的进程，而且

必需知足以下条件：

参数化成立模型（PREP7）。

求解（SOLUTION）。

提取并指定状态变量和目标函数（POST1/POST26）。

在ANSYS数据库里成立与分析文件中变量相对应的参数。

这一步

是标准的做法，但不是必需的（BEGIN或OPT）。

进入OPT，指定分析文件（OPT）。

声明优化变量。

选择优化工具或优化方式。

指定优化循环操纵方式。

进行优化分析。

查看设计序列结果（OPT）和后处置（POST1/POST26）。

优化设计步骤的细节在下面列出。

批处置方式和交互方式的区别也同时

指出。

第一步：

生成份析文件

分析文件生成是ANSYS优化设计进程中的关键部份。

ANSYS程序运用分析文件构造循环文件，进行循环分析。

分析文件中能够包括ANSYS提供的任意分析类型（结构，热，电磁等，线性或非线性）。

（注：

ANSYS/LS-DYNA的显式分析不能进行优化。

在分析文件中，模型的成立必需是参数化的（一般是优化变量为参数），结果也必需用参数来提取（用于状态变量和目标函数）。

优化设计中只能利用数值参数。

（参数和ANSYS参数化设计语言（APDL）在ANSYSModelingandMeshingGuide中有所细述。

用户的任务是成立分析文件并保证其正确性。

分析文件应当覆盖整个分析进程而且是精练的，不是必需的语句（如完成图形显示功能和列表功能的语句等）应当从分析文件中省略掉。

只有在交互进程中希望看到的显示[EPLODT等]能够包括在分析文件中，或将其定位到一个显示文件中[/SHOW]。

请注意分析文件是要多次执行的，与优化分析本身无关的命令都会没必要要的花费机时，降低循环效率。

成立分析文件有两种方式：

1）用系统编辑器逐行输入；

2）交互式地完成份析，将ANSYS的LOG文件作为基础成立分析文件。

这两种方式各有优缺点。

用系统编辑器生成份析文件同生成其他分析时的批处置文件方式是一样的。

这种方式使得用户能够通过命令输入来完全地操纵参数化概念。

一样，本方式能够省去了删除多余命令的麻烦。

可是，若是关于ANSYS命令集不熟悉的话，这种方式是不方便的。

关于这种用户来讲，第二种方式相对容易一些。

可是，在最后生成份析文件的进程中，ANSYS的LOG文件要做较大的修改才能适合循环分析。

不论采纳哪一种方式，分析文件需要包括的内容都是一样的。

以下说明成立分析文件的步骤：

A．参数化成立模型

用设计变量作为参数成立模型的工作是在PREP7中完成的。

在给出的梁的例子中，设计变量是B（梁的宽度）和H（梁的高度），因此单元的实参是由B和H来表示的：

…

/PREP7

！

初始化设计变量：

B=

H=

ET,1,BEAM3！

2-D梁单元

AREA=B*H！

梁的横截面面积

IZZ=（B*（H**3））/12！

绕Z轴的转动惯量

R，1，AREA，IZZ，H！

以设计变量表示的单元实参

模型的其他部份

MP，EX，1，30E6！

杨氏模量

N，1！

结点

N，11，120

FILL

E，1，2！

单元

EGEN，10，1，-1

FINISH！

退出PREP7

前面提到，能够对设计的任何方面进行优化：

尺寸，形状，材料性质，支撑位置，所加载荷等，唯一要求确实是将其参数化。

设计变量（例如B和V）能够在程序的任何部份初始化，一样是在PREP7中概念。

这些变量的初值只是在设计计算的开始用取得，在优化循环进程中会被改变。

注意：

若是用GUI模式完成输入，可能会碰到直接用鼠标拾取（picking）的操作。

有些拾取操作是不许诺参数化输入的。

因此，应当幸免在概念设计变量，状态变量和目标函数时利用这些操作，应该用能够参数化的操作来代替。

B．求解

求解器用于概念分析类型和分析选项，施加载荷，指定载荷步，完成有限元计算。

分析中所用到的数据都要指出：

凝聚法分析中的主自由度，非线性分析中的收敛准那么，谐波分析中的频率范围等。

载荷和边界条件也能够作为设计变量。

梁的例子中，SOLUTION部份的输入大致如下：

/SOLU

ANTYPE,STATIC！

静力分析（缺省）

D，1，UX，0，，11，10，UY！

UX=UY=0，梁两头结点固定

SFBEAM，ALL，1，PRES，100！

施加压力

SOLVE

退出SOLUTION

这一步骤不单单限于一次分析进程。

比如，能够先进行热分析再进行应力分析（在热应力计算中）。

C．参数化提取结果

在本步中，提取结果并赋值给相应的参数。

这些参数一样为状态变量和目标函数。

提取数据的操作用*GET命令（UtilityMenu>

Parameters>

GetScalarData）实现。

通经常使用POST1来完本钱步操作，专门是涉及到数据的存储，加减或其他操作。

在梁的例题中，梁的总重量是目标函数。

因为重量与体积成比例（假定密度是均匀的），那么减小整体积就相当于减小总重量。

因此能够选择整体积为目标函数。

在本例中，状态变量选择为总应力和位移。

这些参数能够用如下方式概念：

/POST1

SET,…

NSORT，U，Y！

以UY为基准对结点排序

*GET，DMAX，SORT，，MAX！

参数DMAX=最大位移

线单元的推导数值由ETABLE得出

ETABLE，VOLU，VOLU！

VOLU=每一个单元的体积

ETABLE，SMAX_I，NMISC，1！

SMAX_I=每一个单元I结点处应力的

最大值

ETABLE，SMAX_J，NMISC，3！

SMAX_J=每一个单元J结点处应力的最

大值

SSUM！

将单元表中每列的数据相加

*GET，VOLUME，SSUM，，ITEM，VOLU

！

参数VOLUME=整体积

ESORT，ETAB，SMAX_I，，1！

依照单元SMAX_I的绝对值大小排序

*GET，SMAXI，SORT，，MAX！

参数SMAXI=SMAX_I的最大值

ESORT，ETAB，SMAX_J，，1！

依照单元SMAX_J的绝对值大小排序

*GET，SMAXJ，SORT，，MAX！

参数SMAXJ=SMAX_J的最大值

SMAX=SMAXI>

SMAXJ！

参数SMAX=最大应力值

FINISH

请查阅*GET和ETABLE命令以取得更详细的说明。

分析文件的预备

到此为止，咱们已经关于分析文件的大