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1、第 四 章搜寻设计域1搜寻设计域 总论搜寻设计域的意思很简单,就是对各种设计进行尝试。 一旦建立了一个参数化模型和一个分析文件,搜寻设计域就变得简单易行。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2ANSYS 优化程序提供了多种 工具 以探测设计领域。搜寻设计域总论单步循环法随机法扫描法梯度法乘子法3搜寻设计域总论单步循环对整个分析文件执行一次循环。对 what-if 脚本非常有用,如: “假如(What if) 消除此构架桥对 角线元件 (设定其横截面积为一个很小值)将会怎样?”H1H2在一次优化运行后,若要恢复 (从新产生)一个要求的设计 也可用此单步循环法。A1
2、A1A2A34搜寻设计域总论随机工具通过给定设计变量的随机值产生随机设计。对于只有几个“良好”设计的情况,要启动一个子序列设计优化过程 ,随机工具是很有用的。5搜寻设计域总论扫描工具对每个DV,在整个设计变量域中扫描。对全局敏感性研究很有用 - 在某一DV值的整个范围内对给定设计有 什么影响。DV2DV16搜寻设计域总论梯度工具对每个DV改变一小量,在相邻领域内,产生参考设计的一些设计方 案。对局部敏感性研究中很有用 - 了解DV的小小扰动,如何影响给定的 设计。你可查对OBJ 和 SV 的斜率,察看每个DV对参考设计的影响。OBJDV7搜寻设计域总论乘子工具一个表明设计域所有极点或“角落”示
3、例的统计工具,即每个 DV最小 或最大值时的结果。不仅对理解每个DV对设计的影响很有帮助,而且对理解两变量和三 变量交互的影响也很有用。用于试验设计 (因为乘子法广泛用于试验结果的解释)。8搜寻设计域 过程一旦建立了分析文件, 所有优化工具都用如下同样的步骤 :1. 建立初始设计2. 进入优化程序并确认分析文件3. 确认优化变量4. 执行优化工具5. 查看结果9搜寻设计域过程为了说明执行步骤, 用一个半对称构架桥模型的例子。目标是评价总体积,满足: 最大纵向变形 File Read Input from 或 /INPUT 命令: /input,trussbr,inp11搜寻设计域过程步骤 2.
4、 进入优化程序并确认分析文件本步很简单:告知优化程序分析文件的名称。 用: Main Menu Design Opt -Analysis File- Assign 或 OPANL 命令: /opt opanl,trussbr,inp12搜寻设计域过程步骤 3. 确认优化变量本步定义合适的参数为DV, SV, 和 OBJ 。用: 设计优化菜单(如右). 或 OPVAR 命令: opvar,a1,dv,1,10 opvar,uymax,sv,-1.0 opvar,totvol,obj etc.13搜寻设计域过程步骤 4. 运行优化工具步骤 5. 查看结果将分别描述应用每一工具时的这些步骤 ,因为对
5、 每种工具这些步骤都是相同的。14搜寻设计域 - 过程 单步循环工具3 第1步. 建立初始设计3 第2步. 进入优化程序并确认分析文件3 第3步. 确认优化变量第4步. 选用优化工具本步包括: 选择单步循环工具 指定要求的 DV 值 初始化运行15搜寻设计域 - 过程单步循环工具选择单步循环工具Design Opt Method/Tool选择单步运行或用 OPTYPE 命令:optype,run16搜寻设计域 - 过程单步循环工具确认要求的 DV 值用Name=Value(参数名=值)的格式, 在输入窗或标量参数对话框 中输入 (Utility Menu Parameters Scalar P
6、arameters.).这些值可假定表示为一种你想要解释的what-if(假如) 脚本。a1=10a2=8a3=0.01 (very small value)h1=300h2=400 例如, 假如取消构架桥的对角线元件 ,将会怎样?17搜寻设计域 - 过程单步循环工具初始化Design Opt Run或用 OPEXE 命令:opexe这就创建了一个新的设计集, 和新的状态变量和目标函数值。18搜寻设计域 - 过程单步循环工具19搜寻设计域 - 过程单步循环工具步骤 5. 查看结果一种简单的办法就是列出设计集并检查状态变量和目标函数值: Design Opt -Design Sets- List
7、 或用 OPLIST 命令:oplist20搜寻设计域 - 过程单步循环工具对构架桥的例子,OPLIST 给出的该设计 (第二设计集 )因中间元件(SCMID)的高压应力和左边元件 (STLEFT)的高拉应力而落入不可行域。21搜寻设计域 - 过程单步循环工具查看结果的另一种方法是用 POST1 (通用后处理): 变形形状 应力云图 等等。22搜寻设计域 - 过程单步循环工具ANSYS 允许执行任意步的单步循环。每一设计就是给出了一个新的集号,而所有的设计集存于优化数据 库中 (缺省为jobname.opt)。可用 OPSEL 或 Design Opt -Design Sets- Select
8、/Delete命令来只 保留可行设计 。单步循环的一种可能的应用是执行若干个单步循环并用这些设计集 作为设计优化的初始点。或可用随机工具( Random tool)来产生多个随机设计. 23搜寻设计域 - 过程 随机工具用给DV赋随机值的方法产生多个设计过程如下:3 步骤 1. 建立初始设计3 步骤2. 进入优化程序并3 步骤3. 确认优化变量步骤 4. 运行优化工具步骤 5. 查看结果24搜寻设计域 - 过程随机工具步骤 4. 运行优化工具本步包括: 指定运行控制 选择随机工具 保存优化数据库 初始化运行25搜寻设计域 - 过程随机工具运行控制给定优化数据库文件名 (OPDATA 命令),缺
9、省为: jobname.opt。如何读取分析文件 (OPLOOP)。缺省为从头读起,并忽略 DV 参数 的定义。打印控制 (OPPRNT)。缺省为删除细节。保存最优设计选项 (OPKEEP)。允许一旦产生,就保留最优设计。 缺省为 OFF(不保留)。用上述命令或 Design Opt Controls26搜寻设计域 - 过程随机工具选择随机工具要求两项信息: 要产生的随机设计数 (NITR)。 可停机的可行设计数 (NFEAS)。 这对完成设计优化之前产生一定量 的可行设计是很有用的。 缺省为执行全部 NITR 次迭代。用 OPTYPE 和 OPRAND 命令: optype,random o
10、prand,nitr,nfeas27搜寻设计域 - 过程随机工具或 Design Opt Method/Tool.28搜寻设计域 - 过程随机工具保存优化数据库 允许在必要时恢复优化数据库的当前状态。 指定一个不同于 jobname.opt 的文件名,因为缺省文件名每次迭代 都会被更新。 Design Opt -Opt Database- Save 或 OPSAVE 命令:opsave,trussbr, opt029搜寻设计域 - 过程随机工具初始化运行 Design Opt Run 或用 OPEXE 命令: opexe 产生了最多 NITR 个设计。 NITR 是OPRAND命令要求的设计随
11、机 数。30搜寻设计域 - 过程随机工具步骤 5. 查看结果典型的方法是列出随机设计集 : Design Opt -Design Sets- List 或用 OPLIST 命令: oplist31搜寻设计域 - 过程随机工具随机工具作为一个设计优化过程的先行步骤是很有用的:可以产生 随机设计,只选择其中的可行解, 将其作为优化过程的起点。下一步,我们来看看如何应用扫描工具。32搜寻设计域 - 过程 扫描工具扫描工具用于指定设计,和保持其他常数不变,对每个DV在整个范 围内的增量的一个参考点。给出一个设计变量全局敏感性定量影响的概念。其过程如下:3 步骤 1. 建立初始设计3 步骤 2. 进入优
12、化程序并确认分析文件3 步骤 3. 确认优化变量步骤 4. 运行优化工具步骤 5. 查看结果33搜寻设计域 - 过程扫描工具步骤 4. 运行优化工具本步包括: 指定运行控制 选择扫描工具 保存优化数据库 初始化运行34搜寻设计域 - 过程扫描工具运行控制 给定优化数据库文件名 (OPDATA 命令),缺省为 jobname.opt。 如何读取数据库文件 (OPLOOP),缺省为从头读起,并且忽略 DV 参数的定义。 打印输出控制 (OPPRNT),缺省为删除细节。 保存最优设计选项 (OPKEEP)。允许一旦产生,就保留最优设计。 缺省为 OFF(不保留)。 用上述命令或 Design Opt
13、 Controls35搜寻设计域 - 过程扫描工具选择扫描工具要求两项信息: 参考设计集数 DSET。 当对每个 DV 扫描时, 其他的 DV 保持由 DSET指定的值。如果只有一个设计 (如初始设计), 则该设计被用作 参考点。 每个DV 的扫描点数 (NSPS)。如 NSPS = 2 则每个DV产生两个设计 ,在最小和最大值处。36搜寻设计域 - 过程扫描工具用Design Opt Method/Tool.或 OPTYPE 和 OPSWEEP 命 令: optype,sweep opsweep,dset,nsps37搜寻设计域 - 过程扫描工具保存优化数据库用 OPSAVE命令 或 Des
14、ign Opt -Opt Database- Save初始化运行用 OPEXE 或 Design Opt Run建立 NSPS*N 个设计, 这里 NSPS 是每个设计变量的扫描点数 , N 是设计变量数。38搜寻设计域 - 过程扫描工具步骤 5. 查看结果由扫描工具所得的结果可知,每个 DV 如何影响设计 -全局敏感性 例如,如果A3(对角线元件的面积)由 MIN 增加到 MAX , UYMAX (纵向变形)将如何变化?要查看结果,可用图形和列表方式。39搜寻设计域 - 过程扫描工具图形方式: Design Opt Tool Results -Graph- Sweeps. 或 OPLSW 命
15、令: oplsw,uymax,a1,a2,a340搜寻设计域 - 过程扫描工具列表方式: Design Opt Tool Results Print. 或 OPRSW 命令: oprsw,all 打印一个规格化的响应变量值对规 格化的DV值的关系。41搜寻设计域 - 过程 梯度工具梯度工具用一个指定设计为参考点,并且稍稍改变每个DV,以决定 局部敏感性。测试优化设计对DV微小变化的敏感性,对下续的设计优化是很有用 的。过程如下:3 步骤 1. 建立初始设计3 步骤 2. 进入优化程序,并确认分析文件3 步骤 3. 确认优化变量步骤 4. 运行优化工具步骤 5. 查看结果42搜寻设计域 - 过程梯度工具步骤 4. 运行优化工具本步包括: 指定运行控制 选择梯度工具 保存优化数据库 初始化运行43搜寻设计域 - 过程梯度工具运行控制 给定优化数据库文件名 (OPDATA 命令),缺省为: jobname.opt。如何读取分析文件 (OPLOOP)。缺省为从头读起,并忽略 DV 参数 的定义。打印输出控制 (OPPRNT),缺省为删除细节。 保存最优设计选项 (OPKEEP)。允许一旦产生,就保留最优设计。 缺省为 OFF(不保留)。 用上述命令,或