如何用ansys進行優(yōu)化設計

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1、ANSYS高級技術分析指南優(yōu)化設計第一章優(yōu)化設計什么是優(yōu)化設計?優(yōu)化設計是一種尋找確定最優(yōu)設計方案的技術。所謂“最優(yōu)設計”，指的是一種方案可以滿足所有的設計要求，而且所需的支出（如重量，面積，體積，應力，費用等）最小。也就是說，最優(yōu)設計方案就是一個最有效率的方案。設計方案的任何方面都是可以優(yōu)化的，比如說：尺寸（如厚度），形狀（如過渡圓角的大?。挝恢?，制造費用，自然頻率，材料特性等。實際上，所有可以參數(shù)化的ANSYS選項都可以作優(yōu)化設計。（關于ANSYS參數(shù)，請參看ANSYSModelingandMes

2、hingGuide第十四章。）ANSYS程序提供了兩種優(yōu)化的方法，這兩種方法可以處理絕大多數(shù)的優(yōu)化問題。零階方法是一個很完善的處理方法，可以很有效地處理大多數(shù)的工程問題。一階方法基于目標函數(shù)對設計變量的敏感程度，因此更加適合于精確的優(yōu)化分析。對于這兩種方法，ANSYS程序提供了一系列的分析——評估——修正的循環(huán)過程。就是對于初始設計進行分析，對分析結果就設計要求進行評估，然后修正設計。這一循環(huán)過程重復進行直到所有的設計要求都滿足為止。除了這兩種優(yōu)化方法，ANSYS程序還提供了一系列的優(yōu)化工具以提高優(yōu)化過程的

3、效率。例如，隨機優(yōu)化分析的迭代次數(shù)是可以指定的。隨機計算結果的初始值可以作為優(yōu)化過程的起點數(shù)值。基本概念在介紹優(yōu)化設計過程之前，我們先給出一些基本的定義：設計變量，狀態(tài)變量，目標函數(shù)，合理和不合理的設計，分析文件，迭代，循環(huán)，設計序列等。我們看以下一個典型的優(yōu)化設計問題：在以下的約束條件下找出如下矩形截面梁的最小重量：l總應力s不超過smax[s￡smax]l梁的變形d不超過dmax[d￡dmax]l梁的高度h不超過hmax[h￡hmax]圖1-1梁的優(yōu)化設計示例1-32ANSYS高級技術分析指南優(yōu)化設計設

4、計變量（DVs）為自變量，優(yōu)化結果的取得就是通過改變設計變量的數(shù)值來實現(xiàn)的。每個設計變量都有上下限，它定義了設計變量的變化范圍。在以上的問題里，設計變量很顯然為梁的寬度b和高度h。b和h都不可能為負值，因此其下限應為b，h>0，而且，h有上限hmax。ANSYS優(yōu)化程序允許定義不超過60個設計變量。狀態(tài)變量（SVs）是約束設計的數(shù)值。它們是“因變量”，是設計變量的函數(shù)。狀態(tài)變量可能會有上下限，也可能只有單方面的限制，即只有上限或只有下限。在上述梁問題中，有兩個狀態(tài)變量：s（總應力）和d（梁的位移）。在ANS

5、YS優(yōu)化程序中用戶可以定義不超過100個狀態(tài)變量。目標函數(shù)是要盡量減小的數(shù)值。它必須是設計變量的函數(shù)，也就是說，改變設計變量的數(shù)值將改變目標函數(shù)的數(shù)值。在以上的問題中，梁的總重量應該是目標函數(shù)。在ANSYS優(yōu)化程序中，只能設定一個目標函數(shù)。設計變量，狀態(tài)變量和目標函數(shù)總稱為優(yōu)化變量。在ANSYS優(yōu)化中，這些變量是由用戶定義的參數(shù)來指定的。用戶必須指出在參數(shù)集中哪些是設計變量，哪些是狀態(tài)變量，哪是目標函數(shù)。設計序列是指確定一個特定模型的參數(shù)的集合。一般來說，設計序列是由優(yōu)化變量的數(shù)值來確定的，但所有的模型參數(shù)

6、（包括不是優(yōu)化變量的參數(shù)）組成了一個設計序列。一個合理的設計是指滿足所有給定的約束條件（設計變量的約束和狀態(tài)變量的約束）的設計。如果其中任一約束條件不被滿足，設計就被認為是不合理的。而最優(yōu)設計是既滿足所有的約束條件又能得到最小目標函數(shù)值的設計。（如果所有的設計序列都是不合理的，那么最優(yōu)設計是最接近于合理的設計，而不考慮目標函數(shù)的數(shù)值。）分析文件是一個ANSYS的命令流輸入文件，包括一個完整的分析過程（前處理，求解，后處理）。它必須包含一個參數(shù)化的模型，用參數(shù)定義模型并指出設計變量，狀態(tài)變量和目標函數(shù)。由這個

7、文件可以自動生成優(yōu)化循環(huán)文件（Jobname.LOOP），并在優(yōu)化計算中循環(huán)處理。一次循環(huán)指一個分析周期。（可以理解為執(zhí)行一次分析文件。）最后一次循環(huán)的輸出存儲在文件Jobname.OPO中。優(yōu)化迭代（或僅僅是迭代過程）是產(chǎn)生新的設計序列的一次或多次分析循環(huán)。一般來說，一次迭代等同于一次循環(huán)。但對于一階方法，一次迭代代表多次循環(huán)。優(yōu)化數(shù)據(jù)庫記錄當前的優(yōu)化環(huán)境，包括優(yōu)化變量定義，參數(shù)，所有優(yōu)化設定，和設計序列集合。該數(shù)據(jù)庫可以存儲（在文件Jobname.OPT），也可以隨時讀入優(yōu)化處理器中。上述的許多概念可以

8、用圖解幫助理解。圖1-2示出了優(yōu)化分析中的數(shù)據(jù)流向。分析文件必須作為一個單獨的實體存在，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫不是ANSYS模型數(shù)據(jù)庫的一部分。優(yōu)化設計的步驟共有兩種方法實現(xiàn)ANSYS優(yōu)化設計：批處理方法和通過GUI交互式地完成。這兩種方法的選擇取決于用戶對于ANSYS程序的熟悉程度和是否習慣于圖形交互方式。如果對于ANSYS1-32ANSYS高級技術分析指南優(yōu)化設計程序的命令相當熟悉，就可以選擇用命令輸入整個優(yōu)化文件并通過