ANSYS优化设计练习

W-1练习附录目录1.介绍性练习旅行费用最小化2.参数化模型A.轴对称转盘B.六角钢盘3.设计优化A.轴对称转盘B.六角钢盘4.搜寻设计域六角钢盘5.优化设计IIA.带肋托盘B.风铃6.健壮设计一个励磁器的因素分析7.拓朴优化A.六角钢盘B.拱桥8.附录用健壮设计达到世界级质量用ANSYS程序将工程质量设计到产品中去W-21.介绍性练习旅行费用最小化描述•求最优旅行速度，使50-英里的旅程费用最小。假定旅行者的时间值10.00美元/小时，每英里汽油费与速度的平方成反比(50,000/速度2),而汽油费为1.079美元/加仑。该旅行用不超过一小时的时间。•让我们重申本命题：最小化函数cost=(旅行时间*10)+(50/每英里汽油)*1.079约束条件旅行时间1.0给定：旅行时间=50/speed每英里汽油=50000/speed**2W-31.介绍性练习旅行费用最小化指导1.用系统编辑器（Notepad或vi），在你的导师指定的目录下再现（或创建）文件trip.dat。文件中应包括如下的参数定义：–speed=100–triptime=50/speed–mpg=50000/speed**2–tripcost=(triptime*10)+(50/mpg)*1.0792.进入你的导师指定的ANSYS工作目录。3.改变作业名（jobname）为trip:–UtilityMenuFileChangeJobname…•现在jobname=trip•[OK]W-41.介绍性练习旅行费用最小化4.由文件trip.dat中读入：–UtilityMenuFileReadInputfrom…•选择trip.dat，然后[OK]5.进入设计优化程序(OPT)并指定分析文件：–MainMenuDesignOpt-AnalysisFile-Assign...•选择trip.dat，然后[OK]6.定义速度作为设计变量：–(DesignOpt)DesignVariables…•[Add…]–选择SPEED，然后–Min=1–Max=100–TOLER=.001–[OK]•[Close]W-51.介绍性练习旅行费用最小化7.定义旅行时间作为状态变量：–(DesignOpt)StateVariables…•[Add…]–选择TRIPTIME，然后–Max=1–TOLER=.001–[OK]•[Close]8.定义旅行费用作为目标函数：–(DesignOpt)Objective…•选择TRIPCOST，然后•TOLER=.001•[OK]W-61.介绍性练习旅行费用最小化9.选择优化方法：–(DesignOpt)Method/Tool…•选择Sub-Problem，然后[OK]•在随后出现的对话框中按[OK]10.执行优化：–(DesignOpt)Run…[OK]11.列出设计集：–(DesignOpt)-DesignSets-List…•选择BestSet，然后[OK]–(DesignOpt)-DesignSets-List…•选择ALLSets，然后[OK]W-71.介绍性练习旅行费用最小化12.画出速度对旅行费用曲线：–(DesignOpt)-DesignSets-Graphs/Tables…•XVAROPT=SPEED•NVAR=TRIPCOST•[OK]W-81.介绍性练习旅行费用最小化13.退出ANSYS：–ToolbarQUIT•选择Quit-NoSave!，然后[OK]W-92A.参数化建模轴对称转盘描述•建立一个参数化，如图所示的高速转盘轴对称模型，用thetahub,thetarim,xmid,和ymid作为参数，所有其他尺寸是固定的。•加载：角速度相当于15,000rpm.qrimymid10.0R4.0Rqhub0.60.41.60.5xmid•材料特性：E=30e6psir=7.2e-4lb-s2/in4n=0.3W-10指导1.进入ANSYS（或清数据库）并改变jobname为rotdisk：–UtilityMenuFileChangeJobname…•现在jobname=rotdisk•[OK]2.在输入窗内或在标量参数对话框中键入如下的参数定义(UtilityMenuParametersScalarParameters…):•pi=3.142•hub_ri=4•hub_w=0.6•hub_ro=hub_ri+hub_w•hub_ht=1.6•rim_ro=10•rim_w=0.42A.参数化建模轴对称转盘qrimymidqhubxmidhub_rihub_rohub_wrim_ririm_rorim_whub_htrim_htW-112A.参数化建模轴对称转盘2.（续）•rim_ri=rim_ro-rim_w•rim_ht=0.5•thetahub=90•thetarim=90•xmid=(rim_ri-hub_ro)/2•ymid=(hub_ht+rim_ht)/2W-122A.参数化建模轴对称转盘3.为轮毂和轮缘创建矩形：–MainMenuPreprocessorCreateRectangleBy2Corners•输入WPX=hub_ri•输入WPY=0•Width=hub_w•Height=hub_ht•[Apply]•WPX=rim_ri•输入WPY=0•Width=rim_w•Height=rim_ht•[OK]W-132A.参数化建模轴对称转盘4.在轮毂和轮缘间建中间关键点（keypoint）：–(Preprocessor)CreateKeypointsInActiveCS...•NPT=10•X,Y,Z=hub_ro+xmid,ymid,0•[OK]5.将活动坐标系转到全局柱坐标系。这将允许我们创建一个样条曲线并指定qhubandqrim.为其端部斜率：–UtilityMenuWorkPlaneChangeActiveCStoGlobalCylindricalW-142A.参数化建模轴对称转盘6.过KP10并以指定的端部斜率创建一样条曲线：–(Preprocessor)CreateSplinesWithOptionsSplinethruKPs•按自左至右的顺序点选三关键点：–轮毂右上部KP，KP10，轮缘左上部的KP•[Apply]或鼠标中键•XV1,YV1,ZV1=1,90+thetahub,0•XV6,YV6,ZV6=1,90-thetarim,0•[OK]W-152A.参数化建模轴对称转盘7.转回到全局笛卡儿坐标并定义连接轮毂和轮缘的面。–UtilityMenuWorkPlaneChangeActiveCStoGlobalCartesian–(Preprocessor)Create-Areas-ArbitraryThroughKPs•以反时针方向点选中间面四角上的关键点，然后按OK。–Toolbar[SAVE_DB]W-162A.参数化建模轴对称转盘8.下一步是模型分网，从定义单元类型和材料属性开始。–PreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete…•[Add…]–选择Solid和Quad8node82，然后[OK]•[Options…]–K3=Axisymmetric–[OK]•[Close]–PreprocessorMaterialPropsIsotropic•[OK]–EX=30e6(杨氏模量，单位psi)–DENS=7.2e-4(密度，lb-sec2/in4)–NUXY=0.3(泊松比)–[OK]W-172A.参数化建模轴对称转盘9.模型分网：–PreprocessorMeshTool•激活SmartSize•设定smartsize为3•[Mesh],，然后在MeshAreas对话框中点[PickAll]•[Close]–UtilityMenuPlotElements–Toolbar[SAVE_DB]W-182A.参数化建模轴对称转盘10.指定带预应力作用的静态分析。预应力使后续的预应力模态分析成为可能。–MainMenuSolutionNewAnalysis...•选Static，然后[OK].–(Solution)AnalysisOptions...•Equationsolver=PreconditionCG•Tolerance/level=1e-5•Stressstiffnessorprestress=PrestressON•[OK]W-192A.参数化建模轴对称转盘11.加上边界条件，沿底线加对称边界条件。–UtilityMenuPlotLines–(Solution)-Loads-ApplyDisplacement-SymmetryB.C.-OnLines•点选模型底部三线，然后[OK]W-202A.参数化建模轴对称转盘12.加7500rpm的角速度载荷。ANSYS期望弧度/秒，所以先要计算所用参数值。–UtilityMenuParametersScalarParameters...typethefollowing:•rpm=7500•w=2*pi*rpm/60•[Close]–(Solution)ApplyOtherAngularVelocity…•OMEGY=w•[OK]13.现在我们已准备好可以求解。–Toolbar[SAVE_DB]–Solution-Solve-CurrentLS•检查状态信息，关闭“/STATCommand”窗•[OK]W-212A.参数化建模轴对称转盘14.绘制vonMises应力云图：–MainMenuGeneralPostprocPlotResultsNodalSolu…•Item,Comp=Stress,vonMisesSEQV•[OK]W-222A.参数化建模轴对称转盘15.下一步是将结果送入参数。我们需要最大冯密塞斯应力（将称之为SMAX），而冯密塞斯应力的标准差（称为SDEV）。首先求SMAX：–UtilityMenuParametersGetScalarData…•选结果数据和全局量，然后[OK]–Glbmeasuretoretrieve=Stress,vonMisesSEQV–Nameofparameter=smax–[OK]•查看输出窗中的SMAX值(28527).W-232A.参数化建模轴对称转盘16.要计算标准差SDEV,需要保存单元表中每个单元的冯密塞斯应力，将其拷贝到一个数组参数NELEMx1长（这里，NELEM是单元总数）,然后用数组操作。–UtilityMenuParametersGetScalarData…•选择模型数据和选择集，然后[OK]–参数名称…=nelem–要获得的数据=当前单元集和单元数–[OK]•检查输出窗NELEM(514)的值–GeneralPostprocElementTableDefineTable...•[Add…]–Lab=eseqv–Item,Comp=Stress,vonMisesSEQV–[OK]•[Close]W-242A.参数化建模轴对称转盘16.（续）–UtilityMenuParametersArrayParametersDefine/Edit...•[Add…]–Par=sarray–Type=Array–I,J,K=nelem,1,1–[OK]•[Close]–UtilityMenuParametersGetArrayData…•选择ResultsdataandElemtabledata，然后[OK]–Nameofarrayparameter=sarray(1)–ElementnumberN=1–Elementtableitem…=ESEQV–Fillarraybyloopingon=Elementnumber–[OK]W-252A.参数化建模