ANSYS优化设计含几个实例Word格式文档下载.docx

1、opvar,V,obj,1e-2opkeep,onoptype,subpopsave,optvolu,opt0opexec 最后，打开Ansys6.1，在命令输入框中键入“/input,optvolu,inp”，整个优化过程就开始了。图2 ANSYS优化过程图几秒钟的优化过程结束后，让我们来看一下优化的结果：optlist,all图3 优化结果1上图中左右带*的SET 22是最优解，由此可以看出，要想在表面积一定的情况下使水杯容积最大，的确有这样一个规律 H=D=2*R。有兴趣的同志可以用求极值的方法演算一下，一定会得到相同的答案。 ANSYS的优化模块是用来求解工程分析中的优化例子的，但上面

2、一个例子说明即使这样于工程毫无关系纯数学极值问题，也能够轻松求解。不过在细节处会有一些技巧，后面再仔细分析。（其实用ANSYS的优化模块完全能解决数学上比较负责的极值问题，不过现在有了Matlab、Mathematica，大概也没有人愿意来用ANSYS献丑了）。1.2 ANSYS优化设计基础 前面写了一个例子，来说明ANSYS的基本优化过程。在这一节中，我们结合这个例子来说明一下优化模块中的一些概念。1.2.1 优化模块中的三大变量：设计变量（DV）：即自变量。例子中的opvar,R,dv,1,10,1e-2就是用来定义一个设计变量R，其上限为10，下限为1，公差为10-2（公差和优化过程的收

3、敛有关）。ANSYS优化模块中允许定义不超过60个设计变量。状态变量（SV）：用来体现优化的边界条件，是设计变量的函数。例子里面opvar,S,sv,100,1e-2就是定义了一个状态变量S，它的上限为100，无下限，公差为10-2。从文件volu.inp中可以看到，S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*R。可见，定义这样一个状态变量，即是限制水杯的表面积（可以认为表示材料的多少）不大于100。在ANSYS优化模块中用户可以定义不超过100个状态变量。目标函数（OBJ）：最终的优化目的。它必须是设计变量的函数，而且只能求其最小值。看到volu.inp里面目标函数的定义了吧V=10000/

4、（3.14*R*R*H），为了把求最大体积转化为求最小值，只好对它求倒数了；如果知道目标函数的上限，还可以用一个大数减目标函数的方法来转换。例子中opvar,V,obj,1e-2就是定义了一个目标函数V，它的公差是10-2。1.2.2 ANSYS优化模块中的两种求解模式 ANSYS优化模块的求解有两种运行模式，一种是在GUI方式下运行，即已经打开ANSYS的分析界面后进行分析；另一种是Batch模式，无需打开ANSYS分析界面，后台运行求解。 前面例子的运行过程其实就是一个典型的GUI方式体现，它涉及到两个重要的文件：一个就是类似volu.inp的ANSYS分析文件，如果是一个工程问题，该文件

5、中应该有参数定义、参数建模、求解、结果提取、目标函数赋值的一个全过程（由于优化求解是一个不断跌代的过程，ANSYS分析文件其实是包涵了一个完整的循环）。另一个文件是类似optvolu.inp的优化控制文件，基本语句就那么几条，无非是定义三大变量、优化方式、优化控制等几条，用户拿过去稍稍替换下就可以用在不同的问题上。（注：细心的读者可能会提问，既然ANSYS分析文件包涵了一个完整的循环，但是整个优化过程中是要求设计变量不断改变的，每次循环都有一个参数重定义的过程，不会使设计变量恢复初始值吗？这一点勿用担心，正是由于有了另一个优化控制文件，优化过程只在第一次进行完全的参数定义工作，在后续循环中，优

6、化控制文件中声明的设计变量定义将被忽略）。有了这样两个文件，简单的在命令窗口把优化控制文件输入进去（其中的opanl命令会自动调用指定的ANSYS分析文件），就可以完成整个优化过程。以上说明的是完全使用命令流的GUI方式，至于如何在菜单中进行优化过程的定制，窃以为没有命令流方式快捷，这里就不再赘述了。 另一种方式是后台运行的Batch方式，它只需要一个输入命令流文件（batch文件）。该文件可以简单的把GUI方式下ANSYS分析文件和优化控制文件合并得到。不过有几个注意点：1、需要把optanl语句去掉，因为在batch文件中，不需要提供ANSYS分析文件名字，系统默认batch文件中/opt

7、语句以前的所有部分为ANSYS分析文件内容。2、以前为防止在GUI方式下的重新定义错误而引入的一些语句，如/cle,nostart需要去除。上述例子经过合并、处理，就可以得到Batch方式下需要的batch文件batch.inpbatch.inp假定batch.inp在目录bvolu下，在cmd命令行方式下，进入bvolu目录，执行命令：ansys61 -b -j bvolu -p ane3flds -i batch.inp o output.txt命令中 -b 参数指定用batch模式求解；-j bvolu参数指定该求解默认工作名字为bvolu （不指定就默认为file）-p ane3fld

8、s 参数指定使用ANSYS/Multiphysics/LS-DYNA求解器-i batch.inp 参数指定输入batch文件为batch.inp-o output.txt 参数指定把输出导向到output.txt中，便于查看过程纠错运行结束后，可以从output.txt文件中看到最有解是多少：文件output.txt中的一部分数据：-SOLUTION HAS CONVERGED TO POSSIBLE OPTIMUM -（BASED ON DV TOLERANCES BETWEEN FINAL TWO DESIGNS）FINAL VARIABLES ARE SET 22 （FEASIBLE）

9、 S （SV） 99.997 R （DV） 2.2851 H （DV） 4.6830 V （OBJ） 130.23 其结果与用GUI方式求解完全一样，生成的bvolu.opt文件中也有最优解的信息，同时还能看到求解整个参数迭代求解过程。1.2.3 ANSYS的优化方法和收敛准则例子中优化控制文件里面的优化命令，还有opkeep,on（用来要求保留最优解的DB），opexec（执行优化），剩下重要的命令就只有optype了，这个命令指定ANSYS优化中使用的优化方法。优化方法发展到今天可说是形形色色，比较完善了。ANSYS的优化模块中只支持两种优化方法，不能不说是一大遗憾。但ANSYS的这两种优

10、化方法对绝大多数的工程问题已经足够，更何况ANSYS还留下了用户话优化接口，方便用户写出适合于自己问题的优化方法来使用。看看例子中的命令”optype,subp”，这里指定的是第一种通用的函数逼进优化方法。改种方法的本质是采用最小二乘逼进，求取一个函数面来拟和解空间，然后再对该函数面求极值。无疑这是一种普适的优化方法，不容易陷入局部极值点，但优化精度一般不是很高，因此多用来做粗优化的手段。另外一种是针对第一种优化方法缺点的改进方法，叫做梯度寻优。如果说第一种方法是C0阶、大范围普适的粗优化方法；第二种方法就是C1阶、局部寻优的精优化方法。一般来说，一个比较负责的问题都需要同时采用两种优化方法，

11、先用函数逼进的第一类方法初步求得最优解基本位置，然后再采用梯度寻优的对最优解的位置进行更精确的确定。但用第二类梯度寻优进行优化，不仅时间消耗长，还可能陷入局部最小点，因此通常的问题都建议使用0阶函数逼进优化subp）前面讨论了ANSYS的两种优化方法，但光了解优化进行的方式是不够的。ANSYS进行优化计算，都是一个不断迭代的过程。有时候，了解优化过程什么时候结束比了解优化过程本身更加重要。下面我们就来谈谈决定优化过程什么时候结束的条件：优化准则。假设Fj、Xj和Fj-1、Xj-1分别为目标函数、设计变量第j次迭代和第j-1次迭代的结果（Xj为矢量），Fb和Xb分别是当前的最优目标函数和其相应的

12、设计变量值。如果满足 或者 ， 为目标函数的公差，那么认为迭代收敛，于是迭代停止。假设 或者 ，那么也认为设计变量的搜索已经趋于收敛，于是迭代停止。当然，为了防止优化过程在某些问题中不收敛，ANSYS还提供了循环数量控制。比如说，如果你使用的是0阶函数逼进优化，你可以用opsubp命令设定最多循环多少次退出，已经当不可行解连续出现多少次就认为优化过程发散，强行退出等。在0阶函数逼进优化中，默认的最大循环次数为30；默认当连续出现7次不可行解，就认为优化过程发散）在上面的描述中，可能只有公差 和不可行解这两个概念在ANSYS中的意义我们不甚了解了。可行解与不可行解的定义将在下一小节中详细定义，这

13、里说明一下公差 。从例子里面可以看出，我对设计变量、状态变量、目标函数都给出了公差限制。从上面一段的的分析可以得知，设计变量、目标函数的公差可以控制优化过程的收敛性。其实设计变量也一样，如果前后两次设计变量之间的误差小于设计变量的公差时，优化过程也会自动停止，不过对它的限制主要是来控制可行性（下一节介绍可行性），三大变量的公差都有一个默认值：对于设计变量，默认公差就是0.01（上限-下限），如果只有上限，默认公差为0.01上限绝对值。（设计变量定义时必须指定上限）。对于目标函数，由于定义时不指定上下限，默认公差为0.01当前目标函数值。对于状态变量，如果指定了上下限，默认公差为0.01（上限-

14、下限），如果只有上限或者下限，默认公差为0.01上限或者下限的绝对值。上述默认公差的定义都能在ANSYS的随机帮助中查到，这里为什么如此冗余的详细介绍它呢？因为大多数情况下你不能得到最优解都是这个东西在作怪。为什么例子中要每个变量都详细定义公差呢？我们可以把这些公差都去掉，看看是什么结果：图4优化结果2由此可见，不带任何公差的最优化分析得不到我们所要求的最有解（151.62显然比带公差后得到的结果130.23要大许多），而且优化过程才做了6步就停止了，查看下ANSYS的输出窗口，显示： SOLUTION HAS CONVERGED TO POSSIBLE OPTIMUM （BASED ON O

15、BJ TOLERANCE BETWEEN BEST AND FINAL DESIGNS）可见是因为导致循环提前结束。细观上图，Fj=157.20，Fb=151.62，默认公差似乎此处应该是1.5720，似乎还没有满足这个收敛准则，为什么ANSYS却认为满足了，这里就不得而知，可能ANSYS内部对默认公差里面的当前值另有解释；如果你强行规定目标函数公差为1，可以看到循环多进行一步后也会提前结束，不过这时候当前解151.65和最优解151.62倒的确相差小于公差1了）。此时，大家一定可以理解例子中为什么要对公差的限制如此严谨了（0.01）。因为程序的取样，迭代都有随机性，只有这样，才能保证程序不会

16、因为上述公差太大的缘故自动停止而得不到最优解。有兴趣的同学还可以改变一下其他参数的公差大小，甚至用opsubp命令改变默认循环的次数等，这些实验将会更加加深你对优化过程、收敛准则的理解，便于提高你都负责优化问题的驾驭能力。拓扑优化实例/clear/TITLE, A 2-D, multiple compliance minimization problem subjected to volume constraint/PREP7 BLC4,0,0,3,1 ! Create solid model （3 x 1 rectangle）ET,1,82 Use 2-D solids. Type 1 is

17、 optimizedET,2,82 Type 2 is not optimized.MP,EX,1,118E9 Linear isotropic, materialMP,NUXY,1,0.3ESIZE,0.05 Use a relatively fine mesh densityTYPE,1AMESH,ALL Free, rectangular-element meshingNSEL,S,LOC,X,0,0.4 Select region not to be optimizedESLNTYPE,2EMODIF,ALL Define type 2 elementsALLSEL NSEL,S,LO

18、C,X,0D,ALL,ALL,0 Fixed at X = 0NSEL,S,LOC,X,3 Fixed at X = 3FORCE = 1000 Value for applied loadNSEL,S,LOC,X,1NSEL,R,LOC,Y,1F,ALL,FY,FORCE Define first load caseALLSELLSWRITE,1 Write first load caseFDEL,ALLNSEL,S,LOC,X,2NSEL,R,LOC,Y,0F,ALL,FY,-FORCE Define second load caseLSWRITE,2 Write second load

19、caseTOCOMP,MCOMP,MULTIPLE,2 ! Define multiple compliance function MCOMP for topological optimizationTOVAR,MCOMP,OBJ Define as topological objective TOVAR,VOLUME,CON,50VOLUME as topological constraint; 50 percent volume reductionTOTYPE,OC Specify solution approach TODEF Initialize topological opt. /S

20、HOW,topo,grph Put graphics in a file （remove if interactive）/DSCALE,OFF/CONTOUR,2TOLOOP,12,1 Perform no more than 12 iterationsFINISHTOGRAPH,OBJ Graph final objective （compliance） historyTOGRAPH,CON Graph final constraint （volume） historyTOPRINT,OBJ Print final objective （compliance） historyTOPRINT,

21、CON Print final constraint （volume） history*GET,TITER,TOPO,ITER Get iteration counter*GET,OCMP,TOPO,TITER-1,TOHO ! Get final compliance value第3例 复杂形状实体的创建实例螺栓本例提示 在使用ANSYS软件进行结构分析时，建立实体模型是最复杂最难以掌握的一个过程。因此，有必要熟练掌握实体模型的创建。本例使用ANSYS软件提供的各种建模工具，对复杂形状实体的创建进行了练习。/PREP7CSYS,1K,1,0.008,0,-0.002K,2,0.008,90,

22、-0.0015K,3,0.008,180,-0.001K,4,0.008,270,-0.0005K,5,0.008,0,0/VIEW,1,1,1,1L,1,2L,2,3L,3,4L,4,5LGEN,7,ALL,0.002NUMMRG,KP,LOWLCOMB,ALLK,80,0.008+0.0015/4,90,0.012+0.002/4K,81,0.008+2*0.0015/4,180,0.012+2*0.002/4K,82,0.008+3*0.0015/4,270,0.012+3*0.002/4K,83,0.008+4*0.0015/4,0,0.012+4*0.002/4L,35,80L,80

23、,81L,81,82L,82,83CSYS,0K,90,0.008,0,-0.00025K,91,0.006918,0,-0.002K,92,0.006918,0,0/PNUM,KP,1/PNUM,LINE,1GPLOTLSTR,1,90LSTR,91,92LANG,7,90,60,0LANG,7,1,120,0AL,6,9,10,11VDRAG,1,1,2,3,4,5/PNUM,KP,0/PNUM,LINE,0/PNUM,AREA,1/PNUM,VOLU,1CYLIND,0.0079,0,0.04,0,360VSEL,U,6CM,VVV2,VOLUALLSVSBV,6,VVV2/REPLOT

24、K,93,0.0065,0,0K,94,0.0095,0,0.003K,95,0,0,0K,96,0,0,0.03LSTR,93,94AROTAT,6,95,96,360ASEL,S,1,4,1VSBA,7,ALLASEL,ALLVDELE,1,1RPRISM,0.04,0.05,6,0.0131CONE,0.03477,0.00549,0.03,0.055,0,360VINV,1,3VPLOT第26例 优化设计实例梁的优化设计本例提示 介绍了优化设计的相关理论和应用，讲述了将设计问题的物理模型转化为数学模型选取设计变量、写出目标函数、给出约束条件的方法。1. 优化分析文件!File：EXAM

25、PLE26.LGWH=0.06B=0.06L=1ET,1, BEAM3R,1,B*H,B*H*H*H/12,HMP,EX,1,2E11K,1,0,0,0K,2,L,0,0LSTR,1,2LESIZE,1,50LMESH,1/SOLUDK,1,UXDK,1,UYDK,2,UXDK,2,UYSFBEAM,ALL,1,PRES,5000SOLVESAVE/POST1ETABLE,E_VOL,VOLUSSUM*GET,V_TOT,SSUM,ITEM,E_VOLNSORT,U,Y*GET,UY_MIN,SORT,MINUY_MAX=ABS（UY_MIN）2. 优化控制文件EXAMPLE26_OPT.TXT/FILNAME, EXAMPLE26/OPTOPCLR/CLEAR/INPUT, EXAMPLE26,LGWOPANL, EXAMPLE26,LGWOPVAR,B,DV,0.05,0.1,0.001OPVAR,H,DV,0.05,0.1,0.001OPVAR,UY_MAX,SV,0,2E-4,1E-5OPVAR,V_TOT,OBJ,1E-5OPSAVE, EXAMPLE26,OPTOPTYPE, FIRSTOPFRST,30OPEXECOPLIST,ALL3. 求解方法先分别以文件名EXAMPLE26.LGW、EXAMPLE26_OPT.TXT将优