基于ansys优化分析.

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1、进行优化设计 A. 定义 一次快速复习 一个优化设计是一次： 执行目标函数, 满足所有设计约束, 并且 使用最少量的材料 (或成本或某种其他判据)的过程。 1 进行优化设计 定义 要优化一个设计, 就必须有一个分析文件。 分析文件包括参数模型的输入: 初始参数值 几何模型和分网 边界条件, 载荷, 和求解 结果查看和检索 2 进行优化设计 B. 过程 从创建一个参数化模型和建立一个分析文件开始。 分析 文件 搜寻设计域 进行优化设计 初始设计 参数化建模和加载 求解 参数化结果 3 进行优化设计 过程 主要分四步 (假定已有分析文件存在): 1. 确认分析文件 2. 确认优化变量 - DV,

2、SV, 和目标函数 3. 进行优化 4. 查看结果 这些步骤相应的菜单如右，可由主菜单 Main Menu Design Opt 得到 4 进行优化设计 过程 以下将用一个转盘的例子来说明过程的各步: 一个高速旋转的钢盘，在15,000 rpm的转速下工作，要求按等 应力设计 。 材料属性: E = 30E6 psi, r = 7.2E-4 lb-s2/in4, n = 0.3 qrim ymid 10.0R 4.0R qhub 0.60.4 1.6 0.5 xmid 5 qrim ymid 10.0R 4.0R qhub 0.60.4 1.6 0.5 xmid 进行优化设计 过程 冯密塞斯应

3、力应不超过 25,000 psi 转盘最低自震频率应为 1000 Hz或更高。 轮毂和轮缘的尺寸是固定的, 但允许改变中间部分的形状。 6 进行优化设计- 过程 确认分析文件 4确认分析文件 确认优化参数 进行优化 查看结果 调用分析文件，该文件中应包含执行一次优化完整循环所需的全部 输入: 参数化建模和加载 求解 参数化结果 7 进行优化设计- 过程 确认分析文件 确认分析文件, 只要简单地从如下的Assign Analysis File对话框中选择文件名: Design Opt -Analysis File- Assign 或用 OPANL 命令 8 进行优化设计- 过程 确认优化变量 3

4、 确认分析文件 4确认优化变量 进行优化 查看结果 这一步要选择适当的参数并将他们定义为: 设计变量 状态变量 目标函数 9 进行优化设计- 过程 确认优化变量 设计变量 (DV) 设计变量是为了使体积（或其他任何目标函数）最小而允许改变的 变量。 qrim ymid qhub 对此转盘实例, DV 为 轮毂角 , 30-90 轮缘角 , 45-135 XMID, 0.5-4.5 in YMID, 0.25-1.5 in xmid qrim qhub 10 进行优化设计- 过程 确认优化变量 确认 DV, Design Opt Design Variables Add 或用 OPVAR 命令:

5、 OPVAR,name,DV,min,max,toler 11 进行优化设计- 过程 确认优化变量 需要的最大值 (MAX)， 必须 0.0。 最小值 (MIN), 如果指定的话, 必须 0.0. 如果未指定, MIN 的缺省 值为 0.001*MAX. 允差 (TOLER) 是为收敛（停机）而确定的两次循环间DV可接受的 改变量 。 允差与 DV 有相同的单位，并且，不是 一个百分比 或一个分数。 缺省值 = 0.01*当前值 例如, 如果在第6次循环时，轮毂角 = 54.2 而第7次循环时为55.0, 停机条件 不 满足，因为 DV 的改变量 |54.2-55.0| = 0.8, 大于 （

6、） 0.55。 (但是有时会基于目标函数而停机 将在以后详细介绍) 12 进行优化设计- 过程 确认优化变量 可以定义 60个 DV, 但最好不要超过 10-20个 DV。 DV太多, 很容易 收敛于一个局部最小值。 因为大多数 DV 是诸如厚度、半径等几何参数, 所以 DV 应限为正值 ，这样的限制一般不会产生问题。 13 进行优化设计- 过程 确认优化变量 状态变量 (SV) 设计约束, 如最大应力和变形 以此转盘为例, SV 为: 最大周向应力 25000 psi 一阶自震频率 1000 Hz qrim ymid qhub xmid 14 进行优化设计- 过程 确认优化变量 要确认 SV

7、, Design Opt State Variables Add 或用 OPVAR 命令: OPVAR,name,SV,min,max,toler 15 进行优化设计- 过程 确认优化变量 SV 可以是单边的或双边的。 单边: 只指定 MIN 或只指定 MAX 值 双边: 同时指定 MIN 和 MAX 值。 TOLER 是可行域的允差 在被判定为不可行域之前，该设计离 MAX 和 MIN 的范围有多远。 允差与 DV 有相同的单位，并且，不是 一个百分比 或一个分数。 缺省值 = 0.01*当前值。 例如, 如果该转盘一阶自震频率为 FREQ1 = 991.3 Hz, 则该设计仍在 可行域，因

8、为实际门槛值为 1000-(0.01*1000) = 990 Hz. Feasible RegionTOLER MAXMIN TOLERInfeasibleInfeasible 16 进行优化设计- 过程 确认优化变量 状态变量不是优化所要求的, 但通常还要指定，因为大多数设计需要 在某种形式的约束。 可以定义 100 个 SV。 17 进行优化设计- 过程 确认优化变量 目标函数 (OBJ) 目标函数是通过优化要被最小化的参数。 例如体积, 重量, 和某处的温度。 以此转盘为例, 目标是应力变化最小。 因此 OBJ 是冯密塞斯应力的标准差, SDEV。 qrim ymid qhub xmid

9、 18 进行优化设计- 过程 确认优化变量 确认目标函数, Design Opt Objective 或用 OPVAR 命令: OPVAR,name,OBJ,toler 19 进行优化设计- 过程 确认优化变量 允差 (TOLER) 是为收敛（停机）而确定的两次循环间OBJ可接受的 改变量 。 允差与 OBJ 有相同的单位，并且，不是 一个百分比 或一个分数。 缺省值 = 0.01*当前值。 例如, 如果第7次循环的标准差为 SDEV = 3900， 而第6次循环为 3850, OBJ 的停机条件 没有 满足，因为 |3900-3850| = 50, 大于停机 值 （） 39.0. (但是有时

10、会基于DV而停机 将在以后详细介绍) 20 进行优化设计- 过程 确认优化变量 你可以只指定一个目标函数 OBJ。 ANSYS 总是 极小化 此 OBJ. 如果你想要极大化某值, 如参数 y, 可 指定 1/y 或 A-y 作为 OBJ (此间 A y)。 推荐 OBJ为正。 如要确保OBJ为正，可对参数加上一个常数值。 21 进行优化设计- 过程 进 行 优 化 3 确认分析文件 3 确认优化变量 4进行优化 查看结果 这一步包括: A. 指定运行控制 B. 选择优化方法 C. 保存优化数据库 D. 启动优化过程 22 进行优化设计- 过程 进 行 优 化 A. 运行控制 包括: 指定优化数

11、据库文件名 (OPDATA). 缺省: jobname.opt。 控制如何读取分析文件 (OPLOOP). 缺省: 自第一行读入, 不管设计 变量（ DV ）参数定义。 打印输出控制 (OPPRNT)。 缺省: 不打印输出。 保存最佳设计选择 (OPKEEP)。 缺省: OFF。 23 进行优化设计- 过程 进 行 优 化 大多数控制选最左边的缺省值，除保存最佳设计选择也许是例外. 此选择保存最佳设计发生日期: 模型的几何参数, 网格, 载荷等, 保存于 jobname.bdb 文件中。 优化结果保存于 jobname.brst 文件中。 24 进行优化设计- 过程 进 行 优 化 Desig

12、n Opt Controls. 25 进行优化设计- 过程 进 行 优 化 保存最佳设计选择注意事项 数据库用 SAVE 操作保存到 jobname.bdb 文件中。 结果文件简单地将 jobname.rst 文件复制到 jobname.brst (或 .rth 到 .brth, .rmg 到 .brmg, .rfl 到 .brfl)文件中。 如果进行多项分析, 如先热后应力, 只复制最后的结果文件。 如果想要拷贝其他结果文件，可考虑用 /ASSIGN 函数 (Utility Menu File ANSYS File Options.)。 26 进行优化设计- 过程 进 行 优 化 B. 优化

13、方法 ANSYS 有两种优化方法: 零阶方法 一阶方法 大多数应用推荐用零阶方法，因为方法通用和速度较快. 选用一阶方法的细节将在以后叙述. 27 进行优化设计- 过程 进 行 优 化 用 OPTYPE 和 OPSUBP 命令。 或 Design Opt Method/Tool 选择一种方法后，将引出进行附加选择的第二个对话框 。 这些选项 (详见后述) 是最左边的缺省值。 28 进行优化设计- 过程 进 行 优 化 C. 保存优化结果数据库 优化程序用其自身的数据库工作, 库中有如下内容: DV, SV, 和 目标函数。 分析文件名, 优化方法和控制, 迭代次数和完成日期等。 每个设计参数值

14、产生日期。 每次迭代后, ANSYS 自动将这些信息保存到由运行控制对话框中指 定的优化数据库文件中 (缺省在 jobname.opt 文件中)。 29 进行优化设计- 过程 进 行 优 化 可在任何时候用下述方法检 查优化数据库的状态 : Design Opt -Opt Database- Status 或用 STATUS 命令 30 进行优化设计- 过程 进 行 优 化 进行优化之前，保存优化数据库，这可使你在必要时，方便地从此处恢复原有数据。 用 OPSAVE 命令。 或 Design Opt -Opt Database- Save. 选择一个非缺省的文件名 (因为缺省文件每次迭代后都会

15、更新)。 例如: jobname.opt0。 31 进行优化设计- 过程 进 行 优 化 D. 启动优化过程 用 OPEXE 命令。 或 Design Opt Run 核对设定, 然后按 OK 钮开始优化。 32 进行优化设计- 过程 进 行 优 化 优化程序每次将以新的DV值对分析文件进行多次循环，直到设计收敛或达到迭代次数。 33 进行优化设计- 过程 进 行 优 化 什么是收敛? 一个设计在可行域已逼近可能的优化解 和 如果满足以下四条件之一 : 1. 当前设计与最佳可行设计目标函数的差小于允差。 |OBJcurrent - OBJbest| -Design Sets- List 41 进行优化设计- 过程 查 看 结 果 注意，列出的清单表明了 一个设计是在可行域或不 可行域，以及如在 不可行 域的理由。 以转盘为例: 初始设计在不可行 域，因为 SMAX 超出 范围 两个可行设计也就 是最优设计。 42 进行优化设计- 过程 查 看 结 果 43 进行优化设计- 过程 查 看 结 果 创建图形 用 PLVAROPT 命令。 或 Design Opt Graphs/Tables 可用优化变量对参数集号（缺省 ），或对其他优化变量作图。 44 进行优化设计- 过程 查 看 结 果 这是目标函数 SDEV 对参数集号所作的图形 PLVAROPT,SDEV