ANSYS概率设计PDS讲义.ppt

ANSYS概率设计PDS讲义.ppt

《ANSYS概率设计PDS讲义.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ANSYS概率设计PDS讲义.ppt（47页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

概率设计概率设计概率设计概率设计前言：

可靠度基本理论前言：

可靠度基本理论第一节：

基于有限元的概率设计技术第一节：

基于有限元的概率设计技术1.1基于有限元的概率设计基于有限元的概率设计（PDS）简介简介1.2PDS的基本概率与过程数据流的基本概率与过程数据流1.3PDS中的参数分布函数及其选用中的参数分布函数及其选用1.4MonteCarlo法法1.5响应面法响应面法第二节：

基于有限元的概率设计基本过程第二节：

基于有限元的概率设计基本过程2.1创建分析文件创建分析文件2.2初始化概率设计分析及参数初始化概率设计分析及参数2.3进入进入PDS并指定分析文件并指定分析文件2.4定义概率设计模型定义概率设计模型2.5选择概率设计方法或工具选择概率设计方法或工具2.6执行概率设计分析执行概率设计分析2.7拟合和使用响应面拟合和使用响应面2.8概率设计结果后处理概率设计结果后处理第三节：

概率设计分析的实例第三节：

概率设计分析的实例3.1承受横向集中力板的承受横向集中力板的LHS抽样抽样MCS概率设计实例概率设计实例3.2三根杆桁架系统的直接抽样三根杆桁架系统的直接抽样MCS概率分析实例概率分析实例2l结构的极限状态：

整个结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规结构的极限状态：

整个结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求。

结构的极限状态实质上是结构工作状态的一个阀值，定的某一功能要求。

结构的极限状态实质上是结构工作状态的一个阀值，如果工作状态超过这一阀值，则结构处于不安全、不耐久或不适用的状态；如果工作状态超过这一阀值，则结构处于不安全、不耐久或不适用的状态；若工作状态没超过这一阀值，则结构处于安全、耐久、适用的状态若工作状态没超过这一阀值，则结构处于安全、耐久、适用的状态l用用表示结构的工作状态，称作结构的功能函数。

则结构的工作状态可表示结构的工作状态，称作结构的功能函数。

则结构的工作状态可表示为：

表示为：

结构的工作状态结构的工作状态可靠度基本理论可靠度基本理论31.用定义计算结构可靠度2.用统计分析计算可靠度式中，试验的总次数；实验中的次数。

结构的工作状态结构的工作状态可靠度基本理论可靠度基本理论41.1基于有限元的概率设计基于有限元的概率设计（PDS）简介简介利用概率设计方法可以帮助用户确定利用概率设计方法可以帮助用户确定“失效失效”情况发生的可能性，这情况发生的可能性，这样就使得用户可以改进设计直到满足用户可以接受的样就使得用户可以改进设计直到满足用户可以接受的“极限极限”即可。

即可。

概率设计技术是用来评估输入参数的不确定性对于系统响应的影响概率设计技术是用来评估输入参数的不确定性对于系统响应的影响行为及其特性。

行为及其特性。

输入参数包括几何尺寸、加工误差、材料、载荷等不确定因素。

输入参数包括几何尺寸、加工误差、材料、载荷等不确定因素。

响应参数包括温度、应力、位移等。

响应参数包括温度、应力、位移等。

有限元分析技术与概率设计技术相结合，就是基于有限元的概率设有限元分析技术与概率设计技术相结合，就是基于有限元的概率设计，即计，即ANSYS程序提供的程序提供的PDS技术（技术（ProbabilisticDesignSystem）.51.1基于有限元的概率设计基于有限元的概率设计（PDS）简介简介当有限元模型的输入参数不确定时，有限元结当有限元模型的输入参数不确定时，有限元结果的不确定程度有多大？

响应参数的置信度有果的不确定程度有多大？

响应参数的置信度有多高？

多高？

输入参数的不确定性决定响应参数的不确定性，输入参数的不确定性决定响应参数的不确定性，目标产品满足设计要求的概率有多大？

工作失目标产品满足设计要求的概率有多大？

工作失效概率有多大？

效概率有多大？

在所有不确定的输入参数中哪个参数的不确定在所有不确定的输入参数中哪个参数的不确定性对于响应参数的影响程度最大，或者说对于性对于响应参数的影响程度最大，或者说对于目标产品最容易引起其工作失效？

响应参数对目标产品最容易引起其工作失效？

响应参数对输入参数变化的灵敏度多大？

输入参数变化的灵敏度多大？

ANSYS提供的基于有限元的概率设计系统（提供的基于有限元的概率设计系统（PDS）的主要应用方向：

）的主要应用方向：

61.2PDS的基本概率与过程数据流的基本概率与过程数据流随机输入参数随机输入参数（RVsrandominputvariables）又称设计驱动参数，直接影响分析结果，需指定分布类型以特征参数又称设计驱动参数，直接影响分析结果，需指定分布类型以特征参数相关性相关性（Correlation）指两个（或多个）随机输入参数之间存在统计上的关联性指两个（或多个）随机输入参数之间存在统计上的关联性随机输出变量随机输出变量（RPsrandomoutputparameters）指有限元分析结果指有限元分析结果RP是是RV的函数的函数概率设计参数概率设计参数（probabilisticdesignvariables）RV和和RP统称为概率设计参数，在定义时必需指定统称为概率设计参数，在定义时必需指定样本（样本（Sample）一个样本就是一序列确定的随机输入参数值一个样本就是一序列确定的随机输入参数值仿真（仿真（Simulation）分析文件（分析文件（Analysisfile）是一个是一个ANSYS输入文件，包含一个完整的分析过程，如前处理、求解和后处理等输入文件，包含一个完整的分析过程，如前处理、求解和后处理等必须包含参数化自动建模的过程，所有输入和输出项，将可能被定义成随机输入参数和随机输出必须包含参数化自动建模的过程，所有输入和输出项，将可能被定义成随机输入参数和随机输出参数参数基本概念：

基本概念：

基本概念：

基本概念：

71.2PDS的基本概率与过程数据流的基本概率与过程数据流循环文件（循环文件（Loopfile）*.loop文件，由文件，由ANSYS自动根据分析文件生成。

自动根据分析文件生成。

利用该文件进行概率设计循环利用该文件进行概率设计循环概率设计模型（概率设计模型（Probabilisticmodel）以分析文件形式存在，包括所有定义和设置：

以分析文件形式存在，包括所有定义和设置：

RVs、相关性、相关性、RPs、概率设计方法和相关、概率设计方法和相关参数等参数等概率设计数据库（概率设计数据库（PDSdatabase）包括当前设计的环境，包括包括当前设计的环境，包括RVs、相关性、相关性、RPs、概率设计方法、被执行的概率分析及存储其结、概率设计方法、被执行的概率分析及存储其结果的各种文件、使用哪个概率设计分析中的哪个输出参数来拟合响应表面、拟合中所使用的回归果的各种文件、使用哪个概率设计分析中的哪个输出参数来拟合响应表面、拟合中所使用的回归模型、拟合结果等。

模型、拟合结果等。

可以被存储到可以被存储到jobname.pds，并且可重新读入。

结果不存储在这个数据库中。

拟合响应表面的样本，并且可重新读入。

结果不存储在这个数据库中。

拟合响应表面的样本即存储在数据库中。

即存储在数据库中。

均值（均值（Meanvalue）、中间值（）、中间值（Medianvalue）、标准方差（）、标准方差（Standarddeviation）基本概念：

基本概念：

基本概念：

基本概念：

81.2PDS的基本概率与过程数据流的基本概率与过程数据流ANSYS数据库文件SAVERESUM有限元模型数据库可靠性分析数据库PDSAVE可靠性分析数据库文件PDRESUM循环文件PDEXEPDEXE/EXIST分析文件数据流程数据流程数据流程数据流程91.3PDS中的参数分布函数及其选用中的参数分布函数及其选用高斯分布高斯分布高斯分布高斯分布（GAUS）（GAUS）特征参数：

特征参数：

特征参数：

特征参数：

均值均值均值均值标准方差标准方差标准方差标准方差截断高斯分布截断高斯分布截断高斯分布截断高斯分布（TGAU）（TGAU）特征参数：

特征参数：

特征参数：

特征参数：

均值均值均值均值标准方差标准方差标准方差标准方差截断下限截断下限截断下限截断下限XminXmin截断上限截断上限截断上限截断上限XmaxXmax对数正态分布（对数正态分布（对数正态分布（对数正态分布（LOGLOG）特征参数：

特征参数：

特征参数：

特征参数：

均值均值均值均值标准方差标准方差标准方差标准方差101.3PDS中的参数分布函数及其选用中的参数分布函数及其选用三角分布三角分布三角分布三角分布（TRIA）（TRIA）特征参数：

特征参数：

特征参数：

特征参数：

最小值最小值最小值最小值XminXmin可能值可能值可能值可能值XmivXmiv可能值可能值可能值可能值XmaxXmax均匀分布均匀分布均匀分布均匀分布（UNIF）（UNIF）特征参数：

特征参数：

特征参数：

特征参数：

截断下限截断下限截断下限截断下限XminXmin截断上限截断上限截断上限截断上限XmaxXmax指数分布指数分布指数分布指数分布特征参数：

特征参数：

特征参数：

特征参数：

衰减系数衰减系数衰减系数衰减系数下限下限下限下限XminXmin111.3PDS中的参数分布函数及其选用中的参数分布函数及其选用BETABETA分布分布分布分布（BETA）（BETA）特征参数：

特征参数：

特征参数：

特征参数：

形状参数形状参数形状参数形状参数rr形状参数形状参数形状参数形状参数tt下限下限下限下限XminXmin上限上限上限上限XmaxXmax伽马分布伽马分布伽马分布伽马分布（GAMA）（GAMA）特征参数：

特征参数：

特征参数：

特征参数：

衰减系数衰减系数衰减系数衰减系数幂指数幂指数幂指数幂指数kk威布尔分布（威布尔分布（威布尔分布（威布尔分布（WEIBWEIB）特征参数：

特征参数：

特征参数：

特征参数：

威布尔特征值威布尔特征值威布尔特征值威布尔特征值XchrXchr威布尔指数威布尔指数威布尔指数威布尔指数mm最小值最小值最小值最小值XminXmin121.4MonteCarlo法法MonteCarlo法（MonteCarloMethod）又名随机模拟法或统计试验法将随机变量将随机变量代入功能函数代入功能函数，得出一个函数值。

若，得出一个函数值。

若，则在计算机程序中记入一次失效的实现；若，则在计算机程序中记入一次失效的实现；若，则不记入。

，则不记入。

这样就完成了一次计算，再产生下一个随机数，重复上面的计算，直至完这样就完成了一次计算，再产生下一个随机数，重复上面的计算，直至完成预定的实验次数为止。

此时，失效概率成预定的实验次数为止。

此时，失效概率为MonteCarlo法可选择法可选择直接抽样法直接抽样法、超拉丁方抽样超拉丁方抽样和用户抽样处理。

和用户抽样处理。

131.4MonteCarlo法法MonteCarlo法特点：

法特点：

MonteCarlo方法及其程序结构简单，较容易实现；方法及其程序结构简单，较容易实现；收敛的概率和收敛的速度与问题的维数无关；收敛的概率和收敛的速度与问题的维数无关；用模拟的方法计算结构系统的失效概率，不需考虑失效模式的相关用模拟的方法计算结构系统的失效概率，不需考虑失效模式的相关性；性；只要抽样次数足够多，该方法计算所得的结构可靠度的精度满足要只要抽样次数足够多，该方法计算所得的结构可靠度的精度满足要求，所以一般用来检验其他方法的计算结果。

求，所以一般用来检验其他方法的计算结果。

141.4MonteCarlo法法直接抽样直接抽样MonteCarlo模拟技术中最常用的基本方法，可直接模拟技术中最常用的基本方法，可直接用于模拟各种工程真实过程。

可模拟零件在现实中用于模拟各种工程真实过程。

可模拟零件在现实中任何行为。

任何行为。

效率不高，需做大量仿真循环。

效率不高，需做大量仿真循环。

对抽样过程没有对抽样过程没有“记忆记忆”功能，会出现重复抽样。

功能，会出现重复抽样。

需要指定随机输入参数的样本种值、