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1、设计优化练习 附录for ANSYS 5.5,W-2,练习 附录目 录,1.介绍性练习旅行费用最小化W-32.参数化模型A.轴对称转盘W-11B.六角钢盘W-373.设计优化A.轴对称转盘W-61B.六角钢盘W-754.搜寻设计域六角钢盘W-915.优化设计 IIA. 带肋托盘W-95B. 风铃W-1016.健壮设计一个励磁器的因素分析 W-1077.拓朴优化A.六角钢盘W-113B.拱桥W-1298.附录用健壮设计达到世界级质量用ANSYS程序将工程质量设计到产品中去,练习 1一般介绍旅行费用最小化,W-4,1. 介绍性练习旅行费用最小化,描述求最优旅行速度，使50-英里的旅程费用最小。 假
2、定旅行者的时间值 10.00美元/小时， 每英里汽油费与速度的平方成反比 (50,000/速度2), 而汽油费为1.079美元/加仑。该旅行用不超过一小时的时间。让我们重申本命题：最小化函数cost = (旅行时间*10)+(50/每英里汽油)*1.079约束条件旅行时间 1.0给定：旅行时间 = 50/speed每英里汽油 = 50000/speed*2,W-5,1. 介绍性练习旅行费用最小化,指导1.用系统编辑器 （Notepad 或 vi），在你的导师指定的目录下再现（或创建）文件 trip.dat 。文件中应包括如下的参数定义：speed=100triptime=50/speedmpg
3、=50000/speed*2tripcost=(triptime*10)+(50/mpg)*1.0792.进入你的导师指定的 ANSYS 工作目录。3. 改变作业名（ jobname）为 trip:Utility Menu File Change Jobname现在 jobname = tripOK,W-6,1. 介绍性练习旅行费用最小化,4.由文件 trip.dat 中读入：Utility Menu File Read Input from选择 trip.dat，然后 OK5.进入设计优化程序 (OPT) 并指定分析文件：Main Menu Design Opt -Analysis File
4、- Assign.选择 trip.dat，然后 OK6.定义速度作为设计变量：(Design Opt ) Design VariablesAdd选择 SPEED，然后Min = 1Max = 100TOLER = .001OKClose,W-7,1. 介绍性练习旅行费用最小化,7.定义旅行时间作为状态变量：(Design Opt ) State VariablesAdd选择 TRIPTIME，然后Max = 1TOLER = .001OKClose8.定义旅行费用作为目标函数：(Design Opt ) Objective选择 TRIPCOST，然后TOLER = .001OK,W-8,1.
5、介绍性练习旅行费用最小化,9.选择优化方法：(Design Opt ) Method/Tool选择 Sub-Problem，然后 OK在随后出现的对话框中按 OK10.执行优化：(Design Opt ) Run OK11.列出设计集：(Design Opt ) -Design Sets- List选择 Best Set，然后 OK(Design Opt ) -Design Sets- List选择 ALL Sets，然后 OK,W-9,1. 介绍性练习旅行费用最小化,12.画出速度对旅行费用曲线：(Design Opt ) -Design Sets- Graphs/TablesXVAROPT
6、 = SPEEDNVAR = TRIPCOSTOK,W-10,1. 介绍性练习旅行费用最小化,13.退出ANSYS：Toolbar QUIT选择 Quit - No Save!，然后 OK,练习 2A参数化 建模轴对称转盘,W-12,2A. 参数化建模轴对称转盘,描述建立一个参数化，如图所示的高速转盘轴对称模型 ，用 thetahub, thetarim, xmid, 和 ymid 作为参数，所有其他尺寸是固定的。加载： 角速度相当于 15,000 rpm.,qrim,ymid,10.0R,4.0R,qhub,0.6,0.4,1.6,0.5,xmid,材料特性：E = 30e6 psir =
7、7.2e-4 lb-s2/in4n = 0.3,W-13,指导1.进入 ANSYS （或清数据库）并改变 jobname为 rotdisk：Utility Menu File Change Jobname现在 jobname = rotdiskOK2.在输入窗内或在标量参数对话框中键入如下的参数定义 (Utility Menu Parameters Scalar Parameters):pi=3.142hub_ri=4hub_w=0.6hub_ro=hub_ri+hub_whub_ht=1.6rim_ro=10rim_w=0.4,2A. 参数化建模轴对称转盘,qrim,ymid,qhub,xm
8、id,hub_ri,hub_ro,hub_w,rim_ri,rim_ro,rim_w,hub_ht,rim_ht,W-14,2A. 参数化建模轴对称转盘,2.（续）rim_ri=rim_ro-rim_wrim_ht=0.5thetahub=90thetarim=90xmid=(rim_ri-hub_ro)/2ymid=(hub_ht+rim_ht)/2,W-15,2A. 参数化建模轴对称转盘,3.为轮毂和轮缘创建矩形：Main Menu Preprocessor Create Rectangle By 2 Corners输入 WP X = hub_ri输入 WP Y = 0Width = hu
9、b_wHeight = hub_htApplyWP X = rim_ri输入 WP Y = 0Width = rim_wHeight = rim_htOK,W-16,2A. 参数化建模轴对称转盘,4.在轮毂和轮缘间建中间关键点（keypoint）：(Preprocessor ) Create Keypoints In Active CS.NPT = 10X,Y,Z = hub_ro+xmid, ymid, 0OK5.将活动坐标系转到全局柱坐标系。这将允许我们创建一个样条曲线并指定 qhub and qrim.为其端部斜率：Utility Menu WorkPlane Change Active
10、 CS to Global Cylindrical,W-17,2A. 参数化建模轴对称转盘,6. 过 KP 10 并以指定的端部斜率创建一样条曲线：(Preprocessor ) Create Splines With Options Spline thru KPs按自左至右的顺序点选三关键点：轮毂右上部KP ， KP10，轮缘左上部的KPApply 或 鼠标中键XV1,YV1,ZV1 = 1, 90+thetahub, 0XV6,YV6,ZV6 = 1, 90-thetarim, 0OK,W-18,2A. 参数化建模轴对称转盘,7.转回到全局笛卡儿坐标并定义连接轮毂和轮缘的面。Utility
11、 Menu WorkPlane Change Active CS to Global Cartesian(Preprocessor ) Create -Areas- Arbitrary Through KPs以反时针方向点选中间面四角上的关键点，然后按 OK。Toolbar SAVE_DB,W-19,2A. 参数化建模轴对称转盘,8.下一步是模型分网，从定义单元类型和材料属性开始。Preprocessor Element Type Add/Edit/DeleteAdd选择 Solid 和 Quad 8node 82，然后 OKOptionsK3 = AxisymmetricOKClosePre
12、processor Material Props IsotropicOKEX = 30e6(杨氏模量，单位 psi)DENS = 7.2e-4(密度， lb-sec2/in4)NUXY = 0.3(泊松比)OK,W-20,2A. 参数化建模轴对称转盘,9. 模型分网：Preprocessor MeshTool激活 Smart Size设定 smart size 为 3Mesh,，然后在Mesh Areas对话框中点 Pick AllCloseUtility Menu Plot ElementsToolbar SAVE_DB,W-21,2A. 参数化建模轴对称转盘,10.指定带预应力作用的静态分
13、析。预应力使后续的预应力模态分析成为可能。Main Menu Solution New Analysis.选 Static，然后 OK.(Solution ) Analysis Options.Equation solver = Precondition CGTolerance/level = 1e-5Stress stiffness or prestress = Prestress ONOK,W-22,2A. 参数化建模轴对称转盘,11.加上边界条件，沿底线加对称边界条件。Utility Menu Plot Lines(Solution ) -Loads- Apply Displacemen
14、t -Symmetry B.C.- On Lines点选模型底部三线，然后 OK,W-23,2A. 参数化建模轴对称转盘,12.加 7500 rpm的角速度载荷。ANSYS 期望弧度/秒，所以先要计算所用参数值。Utility Menu Parameters Scalar Parameters. type the following:rpm=7500w=2*pi*rpm/60Close(Solution ) Apply Other Angular VelocityOMEGY = wOK13.现在我们已准备好可以求解。Toolbar SAVE_DBSolution -Solve- Current
15、 LS检查状态信息，关闭 “/STAT Command” 窗OK,W-24,2A. 参数化建模轴对称转盘,14.绘制von Mises 应力云图：Main Menu General Postproc Plot Results Nodal SoluItem, Comp = Stress, von Mises SEQVOK,W-25,2A. 参数化建模轴对称转盘,15.下一步是将结果送入参数。我们需要最大冯密塞斯应力（将称之为 SMAX），而冯密塞斯应力的标准差 （称为SDEV）。 首先求 SMAX：Utility Menu Parameters Get Scalar Data选结果数据和全局量，然后 OKGlb measure to retrieve = Stress, von Mises SEQVName of parameter = smaxOK查看输出窗中的 SMAX值 (28527).,
