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1、,常用优化软件及其优化设计使用范围,5 第五部分,5.1.1 PROE优化设计,PROE,Pro/E：功能强大的三维CAD/CAE/CAM（proe/nc）一体化、集成化软件，涵盖产品从设计到制造的全过程，可以迅速提高企业在产品工程设计与制造方面的效率。 Pro/Mechanica ：有限元分析技术，CAE核心技术之一。三大模块：结构分析、温度分析、运动分析。利用有限元分析功能，发现零部件的薄弱部位，通过变更设计参数来改变几何形状，从而得到最优结果。 Pro/Mechanica Structure：进行零件模型和装配模型的结构分析和优化分析。,Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司
2、（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。,优化设计,三维模型 应力分析,灵敏度分析,三维建模,平面 应力分析,PROE优化设计步骤,1,2,3,4,5,5.1.2proe优化设计步骤,5.1 风险管理概述,基于PROE的活动扳手优化,进行扳手模型优化设计需要完成以下工作： 创建几何模型、简化模
3、型 定义材料属性（Mechanica里完成定义） 定义约束 定义载荷 静态分析 定义设计参数、运行灵敏度分析 运行优化分析、根据优化结果改变模型,5.1.3PROE优化设计实例,5.1.4定义约束 载荷,为了摸拟扳手的实际工作情况，对扳手钳口与螺母接触的平面区域施加约束。 为了摸拟手对扳手的作用，在手柄尾部上表面长为75mm的矩形区域内，施加均布力，此均布力沿X轴方向的分力为-50N，沿Y轴方向的分力为-100N。,5.1 风险管理概述,5.1.4扳手建模,与实际模型相比，有限元模型作了适当简化。 模型是以FRONT平面为草图平面建立的实体拉伸特征，实体的厚度为10mm，方向为向屏幕内侧生成。
4、,5.1.4平面应力分析,进入Pro/Mechanica工作环境,5.1.4定义材料厚度,5.1.4定义约束载荷,定义静态分析 将根据模型中指定的约束和载荷，来计算模型中变形、应力和应变。 可知模型是否可以承受得住指定的载荷条件、零件所能承受的临界点在何处，以及零件变形的位移量是多少。,5.1.4建立分析任务,将模型中扳手厚度、手柄宽度作为创建局部灵敏度研究的设计参数，比较这两个参数对模型质量、von Mises应力和端点位移有多大影响。,5.1.4灵敏度分析,扳手厚度（d0）10尺寸，手柄宽度（d10）12.5尺寸,接下来会自动进行局部灵敏度和全局灵敏度分析,5.1.4灵敏度分析,优化的目的
5、是在设计结构时以减轻产品重量为最高原则，而通过应力分析条纹图可知扳手尾端对应力的影响最小，因此在扳手尾端增加一个10的通孔。,5.1.4优化设计,本次设计的优化目标是，在满足应力要求的前提下，尽可能达到质量轻、体积小、形状合理，并最大限度的减缓过渡区的应力集中。 利用已建立好的扳手厚度、扳手尾端孔径进行优化设计，将这两个参数全部作为设计参数。,5.1.4优化设计,更新零件,优化分析结果,5.1.4优化设计,5.2 结论,通过运用Pro/MECHANICA对扳手进行平面、三维模型应力分析、敏感度分析及优化设计，可以拓展到对于任何产品而言，在满足设计要求的前提下，采用过程优化设计方法，对产品机构、
6、设计参数、结构形状等参数进行优化设计，尽早发现设计中的缺陷，并验证产品功能和性能的可靠性，使产品机构性能达到最佳状态。,扳手 能够用PROE建模的物体,5.2.1 ANSYS,ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等。是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。,5. 2 .2ANSYS实现优化的基本过
7、程,最终进行优化设计,1.参数化建模和加载,2.求解,3. 参数化结果,分析文件,初始设计,搜寻设计域,创建循环使用的分析文件,(1) 参数化建立模型(PREP7) 用设计变量作为参数建模的工作是在PREP7中完成的。 (2) 求解(SOLUTION) 求解器用于定义分析类型和分析选项，施加载荷，指定载荷步，完成有限元计算。所有分析用到的数据都要指定：凝聚法分析中的主自由度，非线性分析中的收敛准则，谐波分析中的频率范围等。载荷和边界条件也可以作为设计变量。 (3) 提取并指定状态变量和目标函数(POST1/POST26) 提取结果并赋值给相应的参数。这些参数一般为状态变量和目标函数。提取数据的
8、操作用*GET命令(Utility MenuParametersGet Scalar Data)实现。 (4) 分析文件的准备 分析文件有三种方式，分别为系统编辑器编辑的批处理文件；LGWRITE命令(Utility MenuFileWrite DB Log)生成的命令流文件；程序命令流文件(Jobname. LOG，必要时需删除不必要的部分)。,5. 2 .2ANSYS实现优化的具体过程,建立优化分析的参数,完成分析文件的建立后，就可以进行优化分析了，如果在交互方式下进行优化的话，最好先在ANSYS数据库中用分析文件建立参数，其优点有：初始参数可以作为一阶分析方法的起点，且对于优化过程参数在
9、数据库中可以在GUI下进行操作，便于定义优化变量。,进入OPT指定分析文件,该步骤是由OPT处理器来完成，其命令为：/OPT。,声明优化变量,该步骤指定哪些参数是设计变量，哪些参数是状态参数，哪些参数是目标函数，允许有不超过60个设计变量和不超过100个状态变量，但只能有一个目标函数。,选择优化工具或优化方法,ANSYS提供了一些优化工具和方法，默认方法是单次循环，指定后续优化的工具和方法的命令为：OPTYPE。,指定优化循环控制方式,每种优化方法和工具都有相应的循环控制参数，如最大迭代次数等，这些控制参数设定的路径为：Main MenuDesign OptMethod/Tool。,进行优化分
10、析,在控制项设定好以后，可以进行分析了，其命令为：OPEXE。在执行OPEXE时，优化循环文件(JOBNAME.LOOP)会根据分析文件生成。循环在满足以下情况时终止：收敛、中断、分析完成等。,查看设计序列结果,优化循环结束后，可以用命令或相应的GUI路径来查看设计序列。如：OPLIST、STATUS、POST1和POST26等。,5.2.3ANSYS优化设计具体步骤,上图是一个两端固定的矩形断面钢梁，其弹性模量E = 200 GPa，梁的宽度b=100 mm，梁的厚度需要优化设计，设计的目标是使梁的重量最轻。梁的上表面必须维持水平，但是梁厚度是可以沿着长度变化的(即梁底的曲线是可以变化的)，
11、但是梁厚度不得低于100 mm也不得超过800 mm。负载方面考虑一集中载重F、均布力p和自重。另一限制条件是弯曲应力不能够超过100 MPa。,b=0.1m,h,长度=6m,均布载荷p=15000N/m,集中载荷F=100000N,5.2.4ANSYS优化设计实例,模型建立,首先，这个例子是左右对称的，所以只需取左半部来分析就可以了。然后取三个地方的高度，分别是端点H1、四分点H2、及梁中央点H3，然后以样条函数将这三个点用圆滑曲线连结起来，代表梁底的曲线。使用PLANE42元素来做2D的分析，取整个梁的最大和最小的弯曲应力(分别是SMAX及SMIN)作为状态变量，上下限分别为+100 MP
12、a及-100 MPa。梁的总体积（SVOLUME）是目标方程。综合以上的讨论，设计优化问题可以表示成下列的数学模式：,分析过程,1,2,3,b,a,a,b,4,a,b,c,5,a,b,c,6,a,b,7,8,c,d,e,9,a,c,b,a,b,1,0,1,3,a,b,g,c,d,e,f,小心填错！严格按顺序、按图示值填写！,1,4,严格按顺序依次连接点1和2、点2和3、点1和4、点2和5、点3和6！最后点击OK！,1,5,严格按顺序依次连接点4、5和6，然后点击OK！,1,6,1,2,3,4,1,2,3,4,按顺序依次连接右侧4条线，点击Apply；然后依次连接左侧4条线，最后点击OK！,a,
13、b,1,7,a,b,1,8,a,b,2,2,a,b,a,2,3,a,b,2,4,2,5,你以为这就结束了？,建模才刚刚开始！,Ansys具有建模和对模型操作的能力，但是其步骤和程序较繁琐，因此常常对优化对象先用PROE建好模型，再导入ansys进行分析优化。如果是以应力作为变量，则直接将PROE中的模型导入ansys，否则可在PROE中优化后导入数据进入ansys,进行进一步优化设计。,5.3其他优化设计软件,AVLGlide,Kisssoft,2.文献综述,5.结论与管理启示,优化设计工具,5.4 优化设计的应用范围,感谢大家 请对不足之处提宝贵意见！,XXXX XXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXX,
