ANSYS優(yōu)化設計--設計優(yōu)化技術.doc

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1、ANSYS優(yōu)化設計--設計優(yōu)化技術ANSYS設計優(yōu)化技術基于ANSYS的APDL語言建立的參數(shù)化模型。基于參數(shù)化有限元分析過程的設計優(yōu)化包含下列基本要素：1、設計變量（往往在開始級、前處理器或求解器中定義）；2、狀態(tài)變量（來源于分析的結果后處理）；3、目標函數(shù)（最后得到關于模型系統(tǒng)或分析結果的導出量）；4、優(yōu)化計算方法即優(yōu)化設計工具（零階方法是一個可以有效處理大多數(shù)工程問題的方法，一階方法基于目標函數(shù)對設計變量的敏感程度，更加適合于精確的優(yōu)化分析）。??優(yōu)化設計過程就是一個反復優(yōu)化改變設計變量以在滿足狀態(tài)變量限制條件下使目標函數(shù)變量參數(shù)逼近最小值。在執(zhí)行優(yōu)化分析前必須創(chuàng)建一個分析

2、文件，它是一個基于APDL參數(shù)化有限元分析過程的命令流輸入文件，包括一個完整的前處理、求解和后處理分析過程，其中必須包含一個參數(shù)化的模型，定義有設計變量、狀態(tài)變量和目標函數(shù)?；具^程：1、利用APDL的參數(shù)技術和ANSYS的命令創(chuàng)建參數(shù)化分析文件，用于優(yōu)化循環(huán)分析文件，除包括整個分析過程外還必須滿足以下條件。（1）在前處理器PREP7中建立參數(shù)化模型。（2）在求解器SOLUTION中求解。（3）在后處理器POST1/POST26中提取并指定狀態(tài)變量和目標函數(shù)。2、進入優(yōu)化設計器OPT，執(zhí)行優(yōu)化設計分析過程。（1）指定分析文件。（2）聲明優(yōu)化變量，包括設計變量、狀態(tài)變量和目標函數(shù)。

3、（3）選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法。（4）指定優(yōu)化循環(huán)控制方式。（5）進行優(yōu)化分析。（6）查看設計序列結果。求解方法：1、SingleRun：2、RandomDesigns：3、Factorial：4、Gradient：5、DVSweeps：6、Sub-Problem：7、First-Order：8、UserOptimizer：注：1、在進入求解器之前定義設計變量，以便在優(yōu)化設計器中指定讀取分析文件的起始行為第一個/prep7命令行。每次優(yōu)化迭代計算完成后程序自動修改設計變量的值，并進入下一次迭代，即重新從指定的起始行讀取分析文件，如果起始行后接著出現(xiàn)優(yōu)化變量賦值定義語句，那么優(yōu)化變量

4、的值就強制恢復成初始值，即設計變量始終保持不變，不進行任何循環(huán)優(yōu)化計算。（亦即優(yōu)化變量要在/prep7之前定義）2、優(yōu)化技術是搜索和處理設計空間的技術，優(yōu)化設計目標求最小值不一定是優(yōu)化的最終目標。在無目標條件下，狀態(tài)變量與設計變量均滿足指定范圍要求時獲取可行性的設計序列，所以目標函數(shù)在實際應用中可以不定義。3、零階方法與一階方法的對比：????除一階方法First-Order，其他方法均為零階方法。除此之外，用戶可以利用用戶自己開發(fā)的外部優(yōu)化計算法代替ANSYS本身的優(yōu)化算法進行優(yōu)化設計。1）零階方法（直接法）：是最常用的方法，使用所有因變量（狀態(tài)變量和目標函數(shù)）的逼近，可以有效

5、的處理絕大數(shù)工程問題。2）一階方法（間接法）：本方法使用偏導數(shù)，即使用因變量的一階導數(shù)。此方法精度很高，尤其是在因變量變化很大，設計空間也相對較大時，但是，占用的機時較多。與零階方法相比，一階方法計算量大，結果精確。但是，精度高并不能保證所得的就是最佳解。下面是一些注意點：（1）一階方法可能在不合理的設計序列上收斂，這時可能是找到了一個局部最小值，或是不存在合理的設計空間。如果出現(xiàn)這種情況，可以使用零階方法，更好的研究整個設計空間。也可以先運行隨機搜索，確定合理的設計空間（如果存在的話），然后以合理設計序列為起點重新運行一階優(yōu)化方法。（2）一階方法更容易獲得局部最小值。這是因為一

6、階方法從設計空間的一個序列開始計算求解，如果起點很接近局部最小值的話，就會選擇該最小值而找不到全局最小值。如果懷疑得到的是局部最小值，就可以用零階方法或隨機搜索驗證。（3）目標函數(shù)容限過小將會引起迭代次數(shù)過多。因為本方法計算實際有限元解（而非逼近），在計算過程中會根據(jù)給定的容限盡量找到確定的結果。