进行优化设计ansys.

第三章进行优化设计M3-2第3章进行优化设计•本章,将集中介绍如何对现有设计进行优化。•将包括以下内容:A.优化设计的定义—总览B.过程—搜索一个优化目标的步骤C.重启动D.练习M3-3进行优化设计A.定义一次快速复习•一个优化设计是一次：–执行目标函数,–满足所有设计约束,–并且使用最少量的材料(或成本或某种其他判据)的过程。M3-4进行优化设计定义•要优化一个设计,就必须有一个分析文件。•分析文件包括参数模型的输入:–初始参数值–几何模型和分网–边界条件,载荷,和求解–结果查看和检索M3-5进行优化设计B.过程•从创建一个参数化模型和建立一个分析文件开始。分析文件搜寻设计域进行优化设计初始设计参数化建模和加载求解参数化结果M3-6进行优化设计过程•主要分四步(假定已有分析文件存在):1.确认分析文件2.确认优化变量-DV,SV,和目标函数3.进行优化4.查看结果•这些步骤相应的菜单如右，可由主菜单MainMenuDesignOpt得到M3-7进行优化设计过程•以下将用一个转盘的例子来说明过程的各步:一个高速旋转的钢盘，在15,000rpm的转速下工作，要求按等应力设计。–材料属性:E=30E6psi,r=7.2E-4lb-s2/in4,n=0.3qrimymid10.0R4.0Rqhub0.60.41.60.5xmidM3-8qrimymid10.0R4.0Rqhub0.60.41.60.5xmid进行优化设计过程–冯密塞斯应力应不超过25,000psi–转盘最低自震频率应为1000Hz或更高。–轮毂和轮缘的尺寸是固定的,但允许改变中间部分的形状。M3-9进行优化设计-过程确认分析文件确认分析文件•确认优化参数•进行优化•查看结果•调用分析文件，该文件中应包含执行一次优化完整循环所需的全部输入:–参数化建模和加载–求解–参数化结果M3-10进行优化设计-过程确认分析文件•确认分析文件,只要简单地从如下的AssignAnalysisFile对话框中选择文件名:–DesignOpt-AnalysisFile-Assign…–或用OPANL命令M3-11进行优化设计-过程确认优化变量确认分析文件确认优化变量•进行优化•查看结果•这一步要选择适当的参数并将他们定义为:–设计变量–状态变量–目标函数M3-12进行优化设计-过程确认优化变量设计变量(DV)•设计变量是为了使体积（或其他任何目标函数）最小而允许改变的变量。qrimymidqhub•对此转盘实例,DV为–轮毂角,30°-90°–轮缘角,45°-135°–XMID,0.5-4.5in–YMID,0.25-1.5inxmidqrimqhubM3-13进行优化设计-过程确认优化变量•确认DV,–DesignOptDesignVariables…Add…–或用OPVAR命令:OPVAR,name,DV,min,max,tolerM3-14进行优化设计-过程确认优化变量•需要的最大值(MAX)，必须0.0。•最小值(MIN),如果指定的话,必须0.0.如果未指定,MIN的缺省值为0.001*MAX.•允差(TOLER)是为收敛（停机）而确定的两次循环间DV可接受的改变量。–允差与DV有相同的单位，并且，不是一个百分比或一个分数。缺省值=0.01*当前值例如,如果在第6次循环时，轮毂角=54.2°而第7次循环时为55.0°,停机条件不满足，因为DV的改变量|54.2-55.0|=0.8,大于（）0.55。(但是有时会基于目标函数而停机…将在以后详细介绍)M3-15进行优化设计-过程确认优化变量•可以定义60个DV,但最好不要超过10-20个DV。DV太多,很容易收敛于一个局部最小值。•因为大多数DV是诸如厚度、半径等几何参数,所以DV应限为正值，这样的限制一般不会产生问题。M3-16进行优化设计-过程确认优化变量状态变量(SV)•设计约束,如最大应力和变形•以此转盘为例,SV为:–最大周向应力25000psi–一阶自震频率1000HzqrimymidqhubxmidM3-17进行优化设计-过程确认优化变量•要确认SV,–DesignOptStateVariables…Add…–或用OPVAR命令:OPVAR,name,SV,min,max,tolerM3-18进行优化设计-过程确认优化变量•SV可以是单边的或双边的。–单边:只指定MIN或只指定MAX值–双边:同时指定MIN和MAX值。•TOLER是可行域的允差…在被判定为不可行域之前，该设计离MAX和MIN的范围有多远。–允差与DV有相同的单位，并且，不是一个百分比或一个分数。缺省值=0.01*当前值。例如,如果该转盘一阶自震频率为FREQ1=991.3Hz,则该设计仍在可行域，因为实际门槛值为1000-(0.01*1000)=990Hz.FeasibleRegionTOLERMAXMINTOLERInfeasibleInfeasibleM3-19进行优化设计-过程确认优化变量•状态变量不是优化所要求的,但通常还要指定，因为大多数设计需要在某种形式的约束。•可以定义100个SV。M3-20进行优化设计-过程确认优化变量目标函数(OBJ)•目标函数是通过优化要被最小化的参数。例如体积,重量,和某处的温度。•以此转盘为例,目标是应力变化最小。因此OBJ是冯密塞斯应力的标准差,SDEV。qrimymidqhubxmidM3-21进行优化设计-过程确认优化变量•确认目标函数,–DesignOptObjective…–或用OPVAR命令:OPVAR,name,OBJ,,,tolerM3-22进行优化设计-过程确认优化变量•允差(TOLER)是为收敛（停机）而确定的两次循环间OBJ可接受的改变量。–允差与OBJ有相同的单位，并且，不是一个百分比或一个分数。缺省值=0.01*当前值。例如,如果第7次循环的标准差为SDEV=3900，而第6次循环为3850,OBJ的停机条件没有满足，因为|3900-3850|=50,大于停机值（）39.0.(但是有时会基于DV而停机…将在以后详细介绍)M3-23进行优化设计-过程确认优化变量•你可以只指定一个目标函数OBJ。•ANSYS总是极小化此OBJ.如果你想要极大化某值,如参数y,可指定1/y或A-y作为OBJ(此间Ay)。•推荐OBJ为正。如要确保OBJ为正，可对参数加上一个常数值。M3-24进行优化设计-过程进行优化确认分析文件确认优化变量进行优化•查看结果•这一步包括:A.指定运行控制B.选择优化方法C.保存优化数据库D.启动优化过程M3-25进行优化设计-过程进行优化A.运行控制•包括:–指定优化数据库文件名(OPDATA).缺省:jobname.opt。–控制如何读取分析文件(OPLOOP).缺省:自第一行读入,不管设计变量（DV）参数定义。–打印输出控制(OPPRNT)。缺省:不打印输出。–保存最佳设计选择(OPKEEP)。缺省:OFF。M3-26进行优化设计-过程进行优化•大多数控制选最左边的缺省值，除保存最佳设计选择也许是例外.此选择保存最佳设计发生日期:–模型的几何参数,网格,载荷等,保存于jobname.bdb文件中。–优化结果保存于jobname.brst文件中。M3-27进行优化设计-过程进行优化•DesignOptControls...M3-28进行优化设计-过程进行优化保存最佳设计选择注意事项•数据库用SAVE操作保存到jobname.bdb文件中。•结果文件简单地将jobname.rst文件复制到jobname.brst(或.rth到.brth,.rmg到.brmg,.rfl到.brfl)文件中。•如果进行多项分析,如先热后应力,只复制最后的结果文件。–如果想要拷贝其他结果文件，可考虑用/ASSIGN函数(UtilityMenuFileANSYSFileOptions...)。M3-29进行优化设计-过程进行优化B.优化方法•ANSYS有两种优化方法:–零阶方法–一阶方法•大多数应用推荐用零阶方法，因为方法通用和速度较快.•选用一阶方法的细节将在以后叙述.M3-30进行优化设计-过程进行优化•用OPTYPE和OPSUBP命令。•或DesignOptMethod/Tool…–选择一种方法后，将引出进行附加选择的第二个对话框。这些选项(详见后述)是最左边的缺省值。M3-31进行优化设计-过程进行优化C.保存优化结果数据库•优化程序用其自身的数据库工作,库中有如下内容:–DV,SV,和目标函数。–分析文件名,优化方法和控制,迭代次数和完成日期等。–每个设计参数值产生日期。•每次迭代后,ANSYS自动将这些信息保存到由运行控制对话框中指定的优化数据库文件中(缺省在jobname.opt文件中)。M3-32进行优化设计-过程进行优化•可在任何时候用下述方法检查优化数据库的状态:–DesignOpt-OptDatabase-Status–或用STATUS命令M3-33进行优化设计-过程进行优化•进行优化之前，保存优化数据库，这可使你在必要时，方便地从此处恢复原有数据。•用OPSAVE命令。•或DesignOpt-OptDatabase-Save...–选择一个非缺省的文件名(因为缺省文件每次迭代后都会更新)。例如:jobname.opt0。M3-34进行优化设计-过程进行优化D.启动优化过程•用OPEXE命令。•或DesignOptRun…–核对设定,然后按OK钮开始优化。M3-35进行优化设计-过程进行优化•优化程序每次将以新的DV值对分析文件进行多次循环，直到设计收敛或达到迭代次数。M3-36进行优化设计-过程进行优化什么是收敛?•一个设计在可行域已逼近可能的优化解和如果满足以下四条件之一:1.当前设计与最佳可行设计目标函数的差小于允差。|OBJcurrent-OBJbest|TOLERobj2.当前设计与前一设计目标函数的差小于允差。|OBJcurrent-OBJcurrent-1|TOLERobjM3-37进行优化设计-过程进行优化3.对每一个DV,当前设计与最佳可行设计之差小于允差。|DVcurrent-DVbest|TOLERdv（对所有的DV）4.对每一个DV,当前设计与前一设计之差小于允差。|DVcurrent-DVcurrent-1|TOLERdv（对所有的DV）•重申,如果满足四条件之一并且如果当前设计可行,就是获得收敛设计或优化设计。M3-38进行优化设计-过程进行优化•ANSYS输出窗(或批处理时的输出文件)表明收敛的根据。•以转盘为例,将9号设计(亦称9号集合)与最佳设计(3号集合)的OBJ进行相比，9号集合被认为是“最优”设计，因为其OBJ值比3号集合低.M3-39进行优化设计-过程进行优化收敛是否表明得到了优化设计?•不一定.只是简单表明，当前设计在可行域并满足四收敛条件之一。•由用户,工程师决定,该设计是否需要继续优化。–一种方法就是以不同的允差值，或不同的设计继续(重启动)此优化过程。重启动将在以下介绍。M3-40进行优化设计-过程进行优化•输出窗还列出设计敏感度汇总表，这可给出哪一个DV对设计参数影响最大(或最小)。•以转盘为例，注意到YMID的每个单位改变对最大应力影响最大。该设计对XMID的改变也很敏感。M3-41进行优化设计-过程查看结果确认分析文件确认优化变量进行优化查看结果•可用以下步骤查看优化结果:–首先存储优化数据库(如有必要的话)–列出数据集合–创建图形–存储最优设计的几何模型和结果M3-42进行优化设计-过程查看结果重启动优化数据库•这一步只有当进行优化后退出了ANSYS才需要。•用OPRESU命令。•或DesignOpt-OptDatabase-Resume…–其优化数据库文件名是在运行控制对话框中指定的(缺省为jobname.OPT)。M3-43进行优化设计-过程查看