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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-3 2. 参数化模型 A. 轴对称转盘 W-11 B. 六角钢盘 W-37 3. 设计优化 A. 轴对称转盘 W-61 B. 六角钢盘 W-75 4. 搜寻设计域 六角钢盘 W-91 5. 优化设计 II A. 带肋托盘 W-95 B. 风铃 W-101 6. 健壮设计 一个励磁器的因素分析 W-107 7. 拓朴优化 A. 六角钢盘 W-113 B. 拱桥 W-129 8. 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
2、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
3、件 trip.dat 。文件中应包括如下的参数定义： speed=100 triptime=50/speed mpg=50000/speed*2 tripcost=(triptime*10)+(50/mpg)*1.079 2. 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 = trip OK,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.
4、dat，然后 OK 5. 进入设计优化程序 (OPT) 并指定分析文件： Main Menu Design Opt -Analysis File- Assign. 选择 trip.dat，然后 OK 6. 定义速度作为设计变量： (Design Opt ) Design Variables Add 选择 SPEED，然后 Min = 1 Max = 100 TOLER = .001 OK Close,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 Variables Add 选择 TRIPTIME，然后 Max = 1 TOL
5、ER = .001 OK Close 8. 定义旅行费用作为目标函数： (Design Opt ) Objective 选择 TRIPCOST，然后 TOLER = .001 OK,W-8,1. 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 OK 10. 执行优化： (Design Opt ) Run OK 11. 列出设计集： (Design Opt ) -Design Sets- List 选择 Best Set，然后 OK (Design Opt ) -Design
6、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/Tables XVAROPT = SPEED NVAR = TRIPCOST OK,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, thet
7、arim, 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 psi r = 7.2e-4 lb-s2/in4 n = 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 = rotdisk OK 2. 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 Men
8、u Parameters Scalar Parameters): pi=3.142 hub_ri=4 hub_w=0.6 hub_ro=hub_ri+hub_w hub_ht=1.6 rim_ro=10 rim_w=0.4,2A. 参数化建模 轴对称转盘,qrim,ymid,qhub,xmid,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_w rim_ht=0.5 thetahub=90 thetarim=90 xmid=(rim_ri-hu
9、b_ro)/2 ymid=(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 = 0 Width = hub_w Height = hub_ht ApplyWP X = rim_ri 输入 WP Y = 0 Width = rim_w Height = rim_ht OK,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）： (Preproc
10、essor ) Create Keypoints In Active CS. NPT = 10 X,Y,Z = hub_ro+xmid, ymid, 0 OK 5. 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 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
11、 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, 0 XV6,YV6,ZV6 = 1, 90-thetarim, 0 OK,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 Menu WorkPlane Change Active CS to Global Cartesian (Preprocessor ) Create -Areas- Arbitrary Through KPs 以反时针方向点选中间
12、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/Delete Add 选择 Solid 和 Quad 8node 82，然后 OK Options K3 = Axisymmetric OK Close Preprocessor Material Props Isotropic OK EX = 30e6 (杨氏模量，单位 psi) DENS = 7.2e-4 (密度， lb-sec2/in4) NUXY = 0.
13、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 3 Mesh,，然后在Mesh Areas对话框中点 Pick All Close Utility Menu Plot Elements Toolbar 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 ) An
14、alysis Options. Equation solver = Precondition CG Tolerance/level = 1e-5 Stress stiffness or prestress = Prestress ON OK,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 Displacement -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
15、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=7500 w=2*pi*rpm/60 Close (Solution ) Apply Other Angular Velocity OMEGY = w OK 13. 现在我们已准备好可以求解。 Toolbar SAVE_DB Solution -Solve- Current 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.
16、绘制von Mises 应力云图： Main Menu General Postproc Plot Results Nodal Solu Item, Comp = Stress, von Mises SEQV OK,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 OK Glb measure to retrieve = Stress, von Mises SEQV Name of parameter = smax OK 查看输出窗中的 SMAX值 (28527).,
