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1、ANSYS优化设计步骤解析本文介绍了ANSYS优化设计的相关步骤。共有两种方法实现ANSYS优化设计：批处理方法和通过GUI交互式地完成。这两种方法的选择取决于用户对于ANSYS程序的熟悉程度和是否习惯于图形交互方式。如果对于ANSYS程序的命令相当熟悉，就可以选择用命令输入整个优化文件并通过批处理方式来进行优化。对于复杂的需用大量机时的分析任务来说(如非线性)，这种方法更有效率。而另一方面，交互方式具有更大的灵活性，而且可以实时看到循环过程的结果。在用GUI方式进行优化时，首要的是要建立模型的分析文件，然后优化处理器所提供的功能都可以交互式的使用，以确定设计空间，便于后续优化处理的进行。这些
2、初期交互式的操作可以帮助用户缩小设计空间的大小，使优化过程得到更高的效率。优化设计通常包括以下几个步骤，这些步骤根据用户所选用优化方法的不同(批处理GUI方式)而有细微的差别。1. 生成循环所用的分析文件。该文件必须包括整个分析的过程，而且必须满足以下条件：a. 参数化建立模型(PREP7)。b. 求解(SOLUTION)。c. 提取并指定状态变量和目标函数(POST1/POST26)。2. 在ANSYS数据库里建立与分析文件中变量相对应的参数。这一步是标准的做法， 但不是必须的(BEGIN或OPT)。3. 进入OPT，指定分析文件(OPT)。4. 声明优化变量。5. 选择优化工具或优化方法。
3、6. 指定优化循环控制方式。7. 进行优化分析。8. 查看设计序列结果(OPT)和后处理(POST1/POST26)。优化设计步骤的细节在下面列出。批处理方式和交互方式的区别也同时指出。第一步：生成分析文件分析文件生成是ANSYS优化设计过程中的关键部分。ANSYS程序运用分析文件构造循环文件，进行循环分析。分析文件中可以包括ANSYS提供的任意分析类型(结构，热，电磁等，线性或非线性)。(注：ANSYS/LS-DYNA的显式分析不能进行优化。)在分析文件中，模型的建立必须是参数化的(通常是优化变量为参数)，结果也必须用参数来提取(用于状态变量和目标函数)。优化设计中只能使用数值参数。(参数和
4、ANSYS参数化设计语言(APDL)在ANSYS Modeling and Meshing Guide中有所细述。)用户的任务是建立分析文件并保证其正确性。分析文件应当覆盖整个分析过程并且是简练的，不是必须的语句(如完成图形显示功能和列表功能的语句等)应当从分析文件中省略掉。只有在交互过程中希望看到的显示EPLODT等可以包含在分析文件中，或者将其定位到一个显示文件中/SHOW。请注意分析文件是要多次执行的，与优化分析本身无关的命令都会不必要的耗费机时，降低循环效率。建立分析文件有两种方法：1)用系统编辑器逐行输入;2)交互式地完成分析，将ANSYS的LOG文件作为基础建立分析文件。这两种方式
5、各有优缺点。用系统编辑器生成分析文件同生成其他分析时的批处理文件方法是一样的。这种方法使得用户可以通过命令输入来完全地控制参数化定义。同样，本方法可以省去了删除多余命令的麻烦。但是，如果对于ANSYS命令集不熟悉的话，这种方法是不方便的。对于这类用户来说，第二种方法相对容易一些。但是，在最后生成分析文件的过程中，ANSYS的LOG文件要做较大的修改才能适合循环分析。不论采用哪种方法，分析文件需要包括的内容都是一样的。以下说明建立分析文件的步骤：A. 参数化建立模型用设计变量作为参数建立模型的工作是在PREP7中完成的。在给出的梁的例子中，设计变量是B(梁的宽度)和H(梁的高度)，因此单元的实参
6、是由B和H来表示的：/PREP7!初始化设计变量：B=2.0H=3.0!ET,1,BEAM3 !2-D梁单元AREA=B*H !梁的横截面面积IZZ=(B*(H*3)/12 !绕Z轴的转动惯量R，1，AREA，IZZ，H !以设计变量表示的单元实参!模型的其他部分MP，EX，1，30E6 !杨氏模量N，1 !结点N，11，120FILLE，1，2 !单元EGEN，10，1，-1FINISH !退出PREP7前面提到，可以对设计的任何方面进行优化：尺寸，形状，材料性质，支撑位置，所加载荷等，唯一要求就是将其参数化。设计变量(例如B和V)可以在程序的任何部分初始化，一般是在PREP7中定义。这些变
7、量的初值只是在设计计算的开始用得到，在优化循环过程中会被改变。注意：如果用GUI模式完成输入，可能会遇到直接用鼠标拾取(picking)的操作。有些拾取操作是不允许参数化输入的。因此，应当避免在定义设计变量，状态变量和目标函数时使用这些操作，应该用可以参数化的操作来代替。B. 求解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。分析中所用到的数据都要指出：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。梁的例子中，SOLUTION部分的输入大致如下：/SOLUANTYPE,STATIC !静力分析(缺省)D，1，
8、UX，0，11，10，UY !UX=UY=0，梁两端结点固定SFBEAM，ALL，1，PRES，100 !施加压力SOLVEFINISH !退出SOLUTION这一步骤不仅仅限于一次分析过程。比如，可以先进行热分析再进行应力分析(在热应力计算中)。C. 参数化提取结果在本步中，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。提取数据的操作用*GET命令(Utility MenuParametersGet Scalar Data)实现。通常用POST1来完成本步操作，特别是涉及到数据的存储，加减或其他操作。在梁的例题中，梁的总重量是目标函数。因为重量与体积成比例(假定密度是均匀的)
9、，那么减小总体积就相当于减小总重量。因此可以选择总体积为目标函数。在本例中，状态变量选择为总应力和位移。这些参数可以用如下方法定义：/POST1SET,NSORT，U，Y !以UY为基准对结点排序*GET，DMAX，SORT，MAX !参数DMAX=最大位移!线单元的推导数值由ETABLE得出ETABLE，VOLU，VOLU !VOLU=每个单元的体积ETABLE，SMAX_I，NMISC，1 !SMAX_I=每个单元I结点处应力的最大值ETABLE，SMAX_J，NMISC，3 !SMAX_J=每个单元J结点处应力的最大值!SSUM !将单元表中每列的数据相加*GET，VOLUME，SSUM
10、，ITEM，VOLU!参数VOLUME=总体积ESORT，ETAB，SMAX_I，1 !按照单元SMAX_I的绝对值大小排序*GET，SMAXI，SORT，MAX !参数SMAXI=SMAX_I的最大值ESORT，ETAB，SMAX_J，1 !按照单元SMAX_J的绝对值大小排序*GET，SMAXJ，SORT，MAX !参数SMAXJ=SMAX_J的最大值SMAX=SMAXISMAXJ !参数SMAX=最大应力值FINISH请查阅*GET和ETABLE命令以得到更详细的说明。分析文件的准备到此为止，我们已经对于分析文件的基本需求做了说明。如果是用系统编辑器来编辑的批处理文件，那么简单地存盘进入
11、第二步即可。如果是用交互方式建模的话，用户必须在交互环境下生成分析文件。可以通过两种方式完成本步操作：数据库命令流文件或程序命令流文件。数据库命令流文件可以通过LGWRITE命令(Utility MenuFileWrite DB Log File)生成命令流文件。LGWRITE将数据库内部的命令流写到文件Jobname.LGW中。内部命令流包含了生成当前模型所用的所有命令。程序命令流文件Jobname.LOG包含了交互方式下用户输入的所有命令。如果用Jobneme.LOG作为分析文件时，用户必须用系统编辑器删除文件中所有不必要的命令。因为交互方式下所有的操作都记录在LOG文件中，编辑工作会比较
12、烦琐。而且，如果分析是在几个过程中完成的，就必须将几个LOG文合在一起编辑生成一个完整的分析文件。(关于数据库命令流文件和程序命令流文件，请参看ANSYS Operations Guide。)注用户可以退出ANSYS或使用/SYS命令来编辑分析文件。细节请参看本章“生成分析文件”一节。第二步：建立优化过程中的参数在完成了分析文件的建立以后，就可以开始优化分析了。(如果是在系统中建立的分析文件的话，就要重新进入ANSYS。)如果在交互方式下进行优化的话，最好(但不是必须)从分析文件中建立参数到ANSYS数据库中来。(在批处理方式下除外。)做这一步有两个好处。初始参数值可能作为一阶方法的起点，而且
13、，对于各种优化过程来说，参数在数据库中可以在GUI下进行操作，便于定义优化变量。建立数据库参数可以选择下列任一种方法：& #61548; 读入与分析文件相联的数据库文件(Jobname.DB)。这样可以在ANSYS中建立整个模型的数据库。读入数据库文件可以用如下方法：Command: RESUMEGUI: Utility MenuFileResume Jobname.dbUtility MenuFileResume from& #61548; 将分析文件直接读入ANSYS进行整个分析。这样将重新建立整个数据库，但对于大模型来说要耗费大量的机时。要读入分析文件，可以选择下列方法之一：Comman
14、d: /INPUTGUI: Utility MenuFileRead Input from& #61548; 仅从存储的参数文件中读参数到ANSYS中，参数文件是用PARSAV命令或由Utility MenuParametersSave Parameters 存储的。读入参数可以用下列方法之一：Command: PARRESGUI: Utility MenuParametersRestore Parameters& #61548; 重新定义分析文件中存在的参数。不过，这样做需要知道分析文件中定义了那些参数。用以下任一方式：Command: *SET or “=” commandGUI: Utility MenuParametersScalar Parameters可以选择使用以上任意一种方式，然后用OPVAR命令(菜单路径Main MenuDesign OptDesign Variables)来指定优化变量。(参看第四步)注在优化过程中，ANSYS数据库不一定要同分析文件一致。模型的输入是在优化循环过程中由分析文件中自动读入的。第三步：进入OPT，指定分析文件(OPT)以下的步骤是由OPT处理器来完成的。首次进入优化处理器时，ANSYS数据库中的所有参数自动作为设计序列1。这些参数值假定是一个设计序列。进入优化处理器可以用如下方式：Command: /OPT
