基于ANSYS的优化过程简介PPT资料.ppt

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一、采用一、采用ANSYS软件实现优化的基本过程软件实现优化的基本过程ANSYS提供了两类优化方法一阶方法：

一阶方法：

一阶方法为间接法，是基于目标函数对设计变量的敏感程度的方法。

在每次迭代中，计算梯度确定搜索方向。

由于该方法在每次迭代中要产生一系列的子迭代，它所占用的时间相对较多，但是其计算精度要高，适合于精确的优化分析。

一、采用一、采用ANSYS软件实现优化的基本过程软件实现优化的基本过程ANSYS程序提供了一系列的分析分析评估评估修正修正的循环过程，即对初始设计进行分析，对分析结果就设计要求进行评估，然后修正设计。

这一循环过程重复进行直到所有的设计要求都满足为止。

一、一、ANSYS软件实现优化的基本过程软件实现优化的基本过程ANSYS优化结果数据库文件Jobname.opt中记录有当前的优化环境，包括优化变量定义参数、所有优化设置和设计序列集合。

在优化结果序列优化结果序列中，完全满足状态变量规定约束条件的结果序列为可行的优化序列可行的优化序列，可行的优化结果序列中包含一个最优设计序列最优设计序列。

在优化结果序列中并不一定所有的结果序列完全满足状态变量规定的约束条件，这些不满足优化约束条件的优化序列称之为不可行的优化结果不可行的优化结果序列序列。

一、一、ANSYS软件实现优化的基本过程软件实现优化的基本过程批处理的方式-APDL语言GUI交互方式一般用户一、采用一、采用ANSYS软件实现优化的基本过程软件实现优化的基本过程基于基于APDL的的ANSYS优化设计主要分析过程如下优化设计主要分析过程如下：

利用APDL的参数技术和ANSYS的命令创建参数化分析文件，用于优化循环。

主要包含下面步骤：

在前处理器中建立参数化的模型在求解器中求解在后处理器中提取并指定状态变量和目标函数进入优化设计器OPT，执行优化分析过程。

指定分析文件声明优化变量，包括设计变量、状态变量和目标函数。

选择优化工具或优化方法。

进行优化分析。

查看优化设计序列结果。

检验设计优化序列。

二、二、ANSYS中的优化方法原理中的优化方法原理ANSYS程序优化工具程序优化工具单步运行法（SingleRun）随机搜索法（RandomDesign）乘子法（Fractorial）最优梯度法（Gradient）扫描法（DVSweeps）子问题法（Sub-Problem）一阶优化（First-Order）用户优化算法（UserOptimizer）二、二、ANSYS中的优化方法原理中的优化方法原理二、二、ANSYS中的优化方法原理中的优化方法原理单步运行法（单步运行法（SingleRun）：

该方法是设计优化却：

该方法是设计优化却省时采用的方法，每执行一次循环，实现一次优化省时采用的方法，每执行一次循环，实现一次优化循环，并求出一个循环，并求出一个FEA解。

可以通过一系列的单次解。

可以通过一系列的单次循环，每次求解前设定不同的设计变量来研究目标循环，每次求解前设定不同的设计变量来研究目标函数与设计变量的变化关系。

该方法往往为其它优函数与设计变量的变化关系。

该方法往往为其它优化方法或工具提供一个初始优化序列，如扫描方法化方法或工具提供一个初始优化序列，如扫描方法或子问题方法等。

或子问题方法等。

二、二、ANSYS中的优化方法原理中的优化方法原理随随机机搜搜索索法法（RandomDesign）该该方方法法进进行行多多次次循循环环，每每次次循循环环设设计计变变量量随随机机变变化化。

用用户户可可以以指指定定最最大大循循环环次次数数和和期期望望合合理理解解的的数数目目。

本本工工具具主主要要用用来来研研究究整整个个设设计计空空间间，并并为为以以后后的的优优化化分分析析提提供供合合理理的的初初始始解解，如如往往往往作作为为零零阶阶方方法法的的前前期期优优化化处处理理。

另另外外，该该方方法法也也可可以以用用来来完完成成一一些些小小的的优优化化设设计计任任务务，例例如如可可以以做做一一系系列列的的随随机机搜搜索索，然然后后通通过过查查看看结结果果来来判判断断当当前设计空间是否合理。

前设计空间是否合理。

二、二、ANSYS中的优化方法原理中的优化方法原理一一阶阶优优化化（First-Order）：

它它使使用用因因变变量量对对设设计计变变量量的的偏偏导导数数，在在每每次次迭迭代代中中，计计算算梯梯度度确确定定搜搜索索方方向向，并并用用线线搜搜索索法法对对无无约约束束问问题题进进行行最最小小化化。

因因此此，每每次次迭迭代代都都由由一一系系列列子子迭迭代代组组成成。

采采用用该该方方法法需需要要指指定定最最大大迭迭代代次次数数（NITR）、线线搜搜索索步步长长范范围围（SIZE）以以及及设设计计变变量变化程度的正偏差（量变化程度的正偏差（DELTA）。

）。

列出设计参数集合允许查看要求的设计参数值或范围。

可以选择只列出优化参数或列出全部参数。

用OPLIST命令。

或DesignOpt-DesignSets-List二、二、ANSYS中的优化方法原理中的优化方法原理三、三、ANSYS优化典型的例题优化典型的例题利用ANSYS的APDL语言求正弦函数在上的极小点。

首先利用操作系统的记事本创建一个分析文件sin.mac，其中包含下面一行语句：

y=sin（x）。

然后，利用记事本创建APDL命令流文件SinOpt.txt，其包含的命令如下：

实例一求正弦函数给定区间的极小值求正弦函数给定区间的极小值finish/clear/filnam,SinOptx=4/input,sin,mac,0/opt！

进入ANSYS优化处理器opclropanl,func,mac,！

指定分析文件名称opvar,x,dv,4,5！

x为设计变量，变化范围为4,5opvar,y,obj,0.1!

y为目标函数，并给定初始值！

优化控制设置选项opdata,！

指定优化数据的存储文件名oploop,top,proc,all！

控制读取分析文件的方式opprnt,on！

指定是否存储计算的详细信息opkeep,on！

存储数据库和结果实例一求正弦函数给定区间的极小值求正弦函数给定区间的极小值！

第一次优化：

单步优化optype,runopexe！

第二次优化：

子问题方法optype,subpopsubp,50,10,opeqn,2,0,2,0,0,opexeoplist,all,0!

列出所有设计序列！

绘制优化过程中X-Y曲线xvaropt,xplvaropt,y实例一求正弦函数给定区间的极小值求正弦函数给定区间的极小值实例一求正弦函数给定区间的极小值求正弦函数给定区间的极小值u将上述两个文件放置在ANSYS的工作目录中，在ANSYS启动后，利用菜单FileFileReadReadInputInputfromfrom选择SinOpt.txtSinOpt.txt文件，将执行优化过程。

u优化结束后将显示优化过程中的X-Y曲线和优化序列，如图所示。

实例一求正弦函数给定区间的极小值求正弦函数给定区间的极小值目标函数极小点X=4.7238Y=-0.99993对中间圆孔的正方形平板零件，圆孔处受到均匀的压力70MPa。

本问题的目标是改变平板的三维尺寸以及孔的直径使得在满足最大的冯米塞斯（vonMises）应力不超过125MPa的条件下，结构的体积最小。

实例二有孔平板结构的优化过程有孔平板结构的优化过程参数最小值最大值高度（H）10mm15mm宽度（W）10mm15mm厚度（T）0.1mm0.3mm内孔半径（R）2mm4mm实例二有孔平板结构的优化过程有孔平板结构的优化过程采用ANSYS的PLANE2单元对结构进行网格划分。

零件的弹性模量为210GPa，泊松比为0.3。

设计变量设计变量：

模型中平板的三维尺寸以及孔的直径为设计变量。

状态变量状态变量：

整个结构所受到的最大的vonMises应力不超过353MPa。

目标函数目标函数：

有孔平板结构的体积最小。

实例二有孔平板结构的优化过程有孔平板结构的优化过程1定义设计变量以及初始值定义设计变量以及初始值ParametersScalarParameters2定义单元类型、平板厚度以及材料属性定义单元类型、平板厚度以及材料属性

（1）定义单元类型与参数选项）定义单元类型与参数选项PreprocessorElementTypeAdd/Edit/DeleteAdd

（2）定义实常数）定义实常数PreprocessorRealConstantsAdd/Edit/DeleteAdd（3）定义材料属性）定义材料属性PreprocessorMaterialPropsMaterialModelsStructuralLinearElasticIsotropic3.利用尺寸变量建立模型利用尺寸变量建立模型PreprocessorModelingCreateAreasRectangleByDimensions4划分网格划分网格PreprocessorMeshingMeshTool实例二有孔平板结构的优化过程有孔平板结构的优化过程实例二有孔平板结构的优化过程有孔平板结构的优化过程二维有孔平板四分之一结构有孔平板网格图实例二有孔平板结构的优化过程有孔平板结构的优化过程5施加载荷和边界条件施加载荷和边界条件SolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementSymmetryB.C.OnLinesSolutionDefineLoadsApplyStructuralPressureOnLines6求解求解SolutionSolveCurrentLS7查看求解结果查看求解结果GeneralPostProcPlotResultsContourPlotNodalSoluNodalSolutionStressvonMisesStress.实例二有孔平板结构的优化过程有孔平板结构的优化过程实例二有孔平板结构的优化过程有孔平板结构的优化过程8创建优化过程数据表创建优化过程数据表ParametersGetScalarDataResultsDataGlobalMeasuresGeneralPostprocElementTableDefineTableAddElemvolumeVOLU实例二有孔平板结构的优化过程有孔平板结构的优化过程9指定优化过程日志文件指定优化过程日志文件10指定优化文件指定优化文件11指定设计变量指定设计变量（平板的长、宽、