運用ANSYS Workbench快速優(yōu)化設(shè)計.doc

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1、運用ANSYSWorkbench快速優(yōu)化設(shè)計編輯條目12.1560次1人1個[字號:大中小][我來說兩句(0)]　摘要：從易用性和高效性來說AWE下的DesignXplorer/VT模塊為優(yōu)化設(shè)計提供了一個幾乎完美的方案，CAD模型需改進(jìn)的設(shè)計變量可以傳遞到AWE環(huán)境下，并且在DesignXplorer/VT下設(shè)定好約束條件及設(shè)計目標(biāo)后，可以高度自動化的實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計并返回相關(guān)圖表。本文將結(jié)合實際應(yīng)用介紹如何使用Pro/E和ANSYS軟件在AWE環(huán)境下如何實現(xiàn)快速優(yōu)化設(shè)計過程?！　￡P(guān)鍵詞：有限元分析、集成、ANSYSWorkbench　　

2、　1前言　　ANSYS系列軟件是融合結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲于一體的大型通用多物理場有限元分析軟件，在我國廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、汽車、土木工程、機(jī)械制造等行業(yè)。ANSYSWorkbenchEnvironment（AWE）是ANSYS公司開發(fā)的新一代前后處理環(huán)境，并且定為于一個CAE協(xié)同平臺，該環(huán)境提供了與CAD軟件及設(shè)計流程高度的集成性，并且新版本增加了ANSYS很多軟件模塊并實現(xiàn)了很多常用功能，使產(chǎn)品開發(fā)中能快速應(yīng)用CAE技術(shù)進(jìn)行分析，從而減少產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品附加價值?！　‖F(xiàn)今，對于一個制造商，產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)乎聲譽、產(chǎn)品利潤關(guān)乎

3、發(fā)展，所以優(yōu)化設(shè)計在產(chǎn)品開發(fā)中越來越受重視，并且方法手段也越來越多。從易用性和高效性來說AWE下的DesignXplorer/VT模塊為優(yōu)化設(shè)計提供了一個幾乎完美的方案，CAD模型需改進(jìn)的設(shè)計變量可以傳遞到AWE環(huán)境下，并且在DesignXplorer/VT下設(shè)定好約束條件及設(shè)計目標(biāo)后，可以高度自動化的實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計并返回相關(guān)圖表，本文將結(jié)合實際應(yīng)用介紹如何使用Pro/E和ANSYS軟件在AWE環(huán)境下如何實現(xiàn)快速優(yōu)化設(shè)計過程?！　?優(yōu)化方法與CAE　　在保證產(chǎn)品達(dá)到某些性能目標(biāo)并滿足一定約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設(shè)計變量，使

4、產(chǎn)品的指標(biāo)或性能達(dá)到最期望的目標(biāo)，就是優(yōu)化方法。例如，在保證結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度滿足要求的前提下，通過改變某些設(shè)計變量，使結(jié)構(gòu)的重量最輕最合理，這不但使得結(jié)構(gòu)耗材上得到了節(jié)省，在運輸安裝方面也提供了方便，降低運輸成本。再如改變電器設(shè)備各發(fā)熱部件的安裝位置，使設(shè)備箱體內(nèi)部溫度峰值降到最低，是一個典型的自然對流散熱問題的優(yōu)化實例。在實際設(shè)計與生產(chǎn)中，類似這樣的實例不勝枚舉。　　優(yōu)化作為一種數(shù)學(xué)方法，通常是利用對解析函數(shù)求極值的方法來達(dá)到尋求最優(yōu)值的目的?；跀?shù)值分析技術(shù)的CAE方法，顯然不可能對我們的目標(biāo)得到一個解析函數(shù)，CAE計算所求得的結(jié)果只是一

5、個數(shù)值。然而，樣條插值技術(shù)又使CAE中的優(yōu)化成為可能，多個數(shù)值點可以利用插值技術(shù)形成一條連續(xù)的可用函數(shù)表達(dá)的曲線或曲面，如此便回到了數(shù)學(xué)意義上的極值優(yōu)化技術(shù)上來?！訔l插值方法當(dāng)然是種近似方法，通常不可能得到目標(biāo)函數(shù)的準(zhǔn)確曲面，但利用上次計算的結(jié)果再次插值得到一個新的曲面，相鄰兩次得到的曲面的距離會越來越近，當(dāng)它們的距離小到一定程度時，可以認(rèn)為此時的曲面可以代表目標(biāo)曲面。那么，該曲面的最小值，便可以認(rèn)為是目標(biāo)最優(yōu)值。以上就是CAE方法中的優(yōu)化處理過程。一個典型的CAD與CAE聯(lián)合優(yōu)化過程通常需要經(jīng)過以下的步驟來完成：?　　1、參數(shù)化建模

6、：利用CAD軟件的參數(shù)化建模功能把將要參與優(yōu)化的數(shù)據(jù)（設(shè)計變量）定義為模型參數(shù)，為以后軟件修正模型提供可能。?　　2、CAE求解：對參數(shù)化CAD模型進(jìn)行加載與求解?　　3、后處理：約束條件和目標(biāo)函數(shù)（優(yōu)化目標(biāo)）提取出來供優(yōu)化處理器進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)評價。?　　4、優(yōu)化參數(shù)評價：優(yōu)化處理器根據(jù)本次循環(huán)提供的優(yōu)化參數(shù)（設(shè)計變量、約束條件、狀態(tài)變量及目標(biāo)函數(shù)）與上次循環(huán)提供的優(yōu)化參數(shù)作比較之后確定該次循環(huán)目標(biāo)函數(shù)是否達(dá)到了最小，或者說結(jié)構(gòu)是否達(dá)到了最優(yōu)，如果最優(yōu)，完成迭代，退出優(yōu)化循環(huán)圈，否則，進(jìn)行下步。?　　5、根據(jù)已完成的優(yōu)化循環(huán)和當(dāng)前優(yōu)化變量

7、的狀態(tài)修正設(shè)計變量，重新投入循環(huán)。?　　下圖是AWE環(huán)境下數(shù)值優(yōu)化的過程框圖　　圖1?AWE環(huán)境下數(shù)值優(yōu)化的過程框圖　　3?AWE環(huán)境下優(yōu)化的特點?　　DesignXplorer/VT是基于WorkBench平臺的設(shè)計變量研究及多目標(biāo)優(yōu)化工具，優(yōu)化設(shè)計的主要數(shù)據(jù)處理工作由DesignXplorer/VT完成。?　　3.1?目前ANSYS的多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)包括：DOE方法和VT技術(shù)。?　　A）?DOE方法?　　DOE：Design?Of?Experiments，實驗設(shè)計。根據(jù)輸入?yún)?shù)的數(shù)目，利用蒙特卡羅抽樣技術(shù)，采集設(shè)計參數(shù)樣點，計算每個樣

8、點的響應(yīng)結(jié)果，利用二次插值函數(shù)構(gòu)造設(shè)計空間的響應(yīng)面或設(shè)計曲線。?　　B）VT技術(shù)?　　VT技術(shù)：完全基于單個單元解，采用泰勒展開以及網(wǎng)格變形技術(shù)得到響應(yīng)面，因此，計算時間大大減少。?　　3.2?Design