最新ansys 优化设计(含几个实例)资料

ANSYS高级分析-优化设计（一）本篇作为ANSYS最常用也是最有用的高级分析技术优化设计技术的开篇，主要从概念上讲述ANSYS优化设计以及在进行ANSYS优化设计分析时通用的基本步骤和考虑方法（本篇所讲述优化分析同样是基于APDL工具，其它优化设计技术具体实现过程随着对优化设计的逐渐深入会逐步描述）。

1 前言优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术。

所谓“最优设计”，指的是一种方案可以满足所有的设计要求，而且所需的支出（如重量，面积，体积，应力，费用等）最小。

也就是说，最优设计方案就是一个最有效率的方案。

设计方案的任何方面都是可以优化的，比如说：尺寸（如厚度），形状（如过渡圆角的大小），支撑位置，制造费用，自然频率，材料特性等。

实际上，因为ANSYS具有专业的和强大的分析能力，具有开放的使用环境，所以所有可以参数化的ANSYS选项都可以作优化设计。

ANSYS参数化设计语言APDL用建立智能分析的手段为用户提供了自动循环的功能，也就是说，程序的输入可设定为根据指定的函数、变量以及选出的分析标准决定输入的形式。

APDL允许复杂的数据输入，使用户实际上对任何设计或分析有控制权。

例如尺寸、材料、载荷、约束位置和网格密度等。

APDL扩展了传统有限元分析之外的能力，并扩展了更高级运算，包括灵敏度研究、零件库参数化建模，设计修改和设计优化。

APDL是一种为ANSYS 二次开发专门设计开发的解释性文本语言，其内容包括参数、数组参数、表达式和函数、分支和循环、重复功能和缩写以及宏和用户程序等。

2 优化设计步骤基于APDL的参数化设计的方法采用ANSYS的批处理方法进行优化的，其主要的优化设计过程通常包括以下几个步骤，这些步骤根据用户所选用优化方法的不同（批处理GUI 方式）而有细微的差别。

生成分析文件：生成分析文件与通常的ANSYS分析并没有很大的不同，唯一的区别就是：优化的分析文件必须是参数化的。

也就是说，必须定义一些参量，至少要把所有的设计变量，状态变量和目标变量定义为参量形式。

ANSYS案例——20例ANSYS经典实例】针对【典型例题】3.3.7(1)的模型，即如图3-19所示的框架结构，其顶端受均布力作用，用有限元方法分析该结构的位移。

结构中各个截面的参数都为：113.010PaE=，746.510mI-=，426.810mA-=，相应的有限元分析模型见图3-20。

在ANSYS平台上，完成相应的力学分析。

图3-19框架结构受一均布力作用图3-20单元划分、节点位移及节点上的外载解答对该问题进行有限元分析的过程如下。

1．基于图形界面的交互式操作(tepbytep)(1)进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory(设置工作目录)→Initialjobname(设置工作文件名):beam3→Run→OK(2)设置计算类型(3)选择单元类型(4)定义材料参数ANSYSMainMenu:Preproceor→MaterialProp→MaterialModel→Struc tural→Linear→Elatic→Iotropic:E某:3e11(弹性模量)→OK→鼠标点击该窗口右上角的“”来关闭该窗口(5)定义实常数以确定平面问题的厚度ANSYSMainMenu:Preproceor→RealContant…→Add/Edit/Delete→Add→Type1Beam3→OK→RealContantSetNo:1(第1号实常数),Cro-ectionalarea:6.8e-4(梁的横截面积)→OK→Cloe(6)生成几何模型生成节点ANSYSMainMenu:Preproceor→Modeling→Creat→Node→InActiveCS→Nodenumber1→某:0,Y:0.96,Z:0→Apply→Nodenumber2→某:1.44,Y:0.96,Z:0→Apply→Nodenumber3→某:0,Y:0,Z:0→Apply→Nodenumber4→某:1.44,Y:0,Z:0→OK生成单元ANSYSMainMenu:Preproceor→Modeling→Create→Element→AutoNum bered→ThruNode→选择节点1，2(生成单元1)→apply→选择节点1，3(生成单元2)→apply→选择节点2，4(生成单元3)→OK(7)模型施加约束和外载左边加某方向的受力ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Force/Moment→OnNode→选择节点1→apply→Directionofforce:F某→VALUE：3000→OK→上方施加Y方向的均布载荷ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Preure→OnBeam→选取单元1(节点1和节点2之间)→apply→VALI：4167→VALJ：4167→OK左、右下角节点加约束(8)分析计算(9)结果显示(10)退出系统(11)计算结果的验证与MATLAB支反力计算结果一致。

运用ANSYS Workbench快速优化设计SolidWorks是一个优秀的、应用广泛的3D设计软件，尤其在大装配体方面使用了独特的技术来优化系统性能。

本文给出几种改善SolidWorks装配体性能的方法，在相同的系统条件下，能够进步软件的可操纵性，进而进步设计效率。

众所周知，大多数3D设计软件在使用过程中都会出现这样的情况，随着装配零件数目和复杂度增加，软件对系统资源的需求就相对增加，系统的可操纵性就会下降。

造成这种状况的原因有两种：一是计算机系统硬件配置不足，二是没有公道使用装配技术。

本文对这两种情况进行分析并提出相应的解决方案。

一、计算机系统配置不足的解决方案SolidWorks使用过程中，计算机硬件配置不足是导致系统性能下降的直接原因，其中CPU、内存、显卡的影响最大。

假如计算机系统内存不足，Windows就自动启用虚拟内存，由于虚拟内?*挥谟才蹋?斐上低衬诖嬗胗才唐捣苯换皇?荩?贾孪低承阅芗本缦陆担籆 PU性能过低时，延长运算时间，导致系统响应时间过长；显卡性能不佳时引起视图更新慢，移动模型时出现停顿现象，并导致CPU占用率增加。

运行SolidWorks的计算机推荐以下配置方案：CPU：奔腾Ⅱ以上内存：小零件或装配体(少于300个特征或少于1000个零件)，内存最少为512M；大零件或装配体(大于1000个特征或2500个零件)，内存需要1G或更多；虚拟内存一般设为物理内存的2倍。

显卡：支持OpenGL的独立显卡(避免采用集成显卡)，显存最好大于64M。

对于现有的计算机，使用以下方法分析系统瓶颈，有针对性地升级计算机。

(1)在SolidWorks使用过程中启动Windows任务治理器，在性能页，假如CPU的占用率经常在100%，那么系统瓶颈就在CPU或显卡，建议升级CPU或显卡；假如系统内存大部分被占用，虚拟内存使用量又很大，操纵过程中硬盘灯频繁闪烁，这说明系统瓶颈在内存，建议扩大内存。

作业1实验设计Design ExplorationTraining Manual 1•Goal目标–演示Design ExplorationDesign Exploration中进行DOE分析的流程，并且建立响应图；–边界条件如图所示Design Modeler ds_cutout–在Design Modeler中建立模型输入参数：ds_cutout –从中得到的几何参数Bearing load（轴承载荷）输出参数：Mass（质量）Equivalent stress（等效应力）Total deformation（整体变形）Training Manual12Parameter Set 检查所有1. File>Open>Link1.dsdb1. 双击Parameter Set ，检查所有输入和输出参数。

2输入参数输出参数3. 返回到项目中31Training Manual4. 双击“Response Surface”启动DOE分析45. 双击DOEDOE 大纲给出了输入和输出DOE参数51Training Manual6. 在Outline of Design of Experiments中点击选择参数67. 在特性中定义设计变量的类型和上下限。

Ds-cutout，4.5-5-5.5上的连续变量。

78. Bearing load（负载），9-10-1111 上的连续变量8Training Manual19. 选择DOE –默认的DOE 类型是中心组合设计（Central Composite Design ）910. 查看和更新设计点1011. 点击Show Progress 展开状态栏11Training Manual1DOE 的表中的给出了9个设计点131312. 选择显示整体变形对应设计点的关系曲线12. 点击Design Points vs Parameter1Training Manual1414. 返回到项目页（ProjectPage）15. 双击ResponseSurface1516. 更新ResponseSurface17. 双击Response17 16Training Manual118. 选择二维模式，如图设置X ，Y 轴1819.选择三维模式，如图设置X ，Y 和Z 轴191Training Manual 20. 点击spider 和local sensitivities 显示图表20Training Manual121. 在响应面上点击鼠标右键选择Insert as Response Point ，将其插入到响应点22. 在需要的响应点上点击鼠标右键选择Insert as Design Point ，将其插入到设计点21其插到设计点22响应点不能和此处给出的一样！Training Manual123. 返回到Project Page2324. 双击Parameter set25. 更新所有设计点242526. 在DP1上点击鼠标右键选择Copy inputs to current 和Updated selected Design Point回到2627. 返回到Project Page271Training Manual28. 双击Solution28检查力学结果作业2What if分析多目标优化设计Training Manual•Goal （目标）–使用参数管理器探索如图所示结构的应力、质量和变形行为因为在垂直载荷的作用下几何参数是在发形行为，因为在垂直载荷的作用下，几何参数是在发生变化的。

1优化设计什么是优化设计?优化设计是一种寻觅确信最优设计方案的技术。

所谓“最优设计”，指的是一种方案能够知足所有的设计要求，而且所需的支出（如重量，面积，体积，应力，费用等）最小。

也确实是说，最优设计方案确实是一个最有效率的方案。

设计方案的任何方面都是能够优化的，比如说：尺寸（如厚度），形状（如过渡圆角的大小），支撑位置，制造费用，自然频率，材料特性等。

事实上，所有能够参数化的ANSYS选项都能够作优化设计。

（关于ANSYS参数，请参看ANSYS Modeling and Meshing Guide 第十四章。

）ANSYS程序提供了两种优化的方式，这两种方式能够处置绝大多数的优化问题。

零阶方式是一个很完善的处置方式，能够很有效地处置大多数的工程问题。

一阶方式基于目标函数对设计变量的灵敏程度，因此加倍适合于精准的优化分析。

关于这两种方式，ANSYS程序提供了一系列的分析——评估——修正的循环进程。

确实是关于初始设计进行分析，对分析结果就设计要求进行评估，然后修正设计。

这一循环进程重复进行直到所有的设计要求都知足为止。

除这两种优化方式，ANSYS程序还提供了一系列的优化工具以提高优化进程的效率。

例如，随机优化分析的迭代次数是能够指定的。

随机计算结果的初始值能够作为优化进程的起点数值。

大体概念在介绍优化设计进程之前，咱们先给出一些大体的概念：设计变量，状态变量，目标函数，合理和不合理的设计，分析文件，迭代，循环，设计序列等。

咱们看以下一个典型的优化设计问题：在以下的约束条件下找出如下矩形截面梁的最小重量：总应力不超过max [max]梁的变形不超过max [max]梁的高度h不超过hmax [h hmax]图1-1 梁的优化设计例如设计变量（DVs）为自变量，优化结果的取得确实是通过改变设计变量的数值来实现的。

每一个设计变量都有上下限，它概念了设计变量的转变范围。

在以上的问题里，设计变量很显然为梁的宽度b和高度h。

拓扑优化理论及在ANSYS软件中的实现一．拓扑优化概论：连续体结构的拓扑优化设计是继结构的尺寸优化设计和形状优化设计之后，在结构优化领域出现的一种富有挑战性的研究方向，它是一种比尺寸优化和形状优化更高层次的优化方法，也是结构优化问题中最为复杂的一类问题。

拓扑优化处于结构的概念设计阶段，其优化结果是一切后续设计的基础。

因而在初始设计阶段需要确定结构的最佳拓扑形式。

拓扑优化的目的是寻求结构的刚度在设计空间最佳的分布形式，或在设计域空间需求结构最佳的传力路线，以优化结构的某些性能或减轻结构的重量。

目前对于拓扑优化的研究主要集中在以下几个方面：结构拓扑描述方式和材料插值模型；拓扑优化中结构拓扑描述方式和材料的插值模型非常重要，是一切后续拓扑优化工作的基础。

常用的拓扑描述方式和材料插值模型有均匀化方法、密度法、变厚度法和拓扑函数描述法等。

拓扑优化求解数值算法，新型优化算法在拓扑优化中的应用；拓扑优化的数值计算方法主要包括有限元法和无网格法，基于成熟的有限元理论的拓扑优化格式简单，便于实现，但在优化过程中常因网格的重分和细化导致计算困难，结构中常出现中间密度材料、棋盘格现象和网格依赖性等问题。

无网格法是今年发展的一种新型数值求解技术，摆脱了有限元繁琐的网格生成过程，从理论上看比有限元法拥有更广阔的应用前景，但目前尚处于发展和完善中。

拓扑优化的特点是：设计变量多，计算规模大，目标函数和约束函数一般为设计变量的非线性、非单调函数。

目前应用于连续体结构拓扑优化计算的优化算法主要包括两类：优化准则法和序列凸规划法。

去除优化过程中数值计算不稳定的方法，优化结果的提取和重构；拓扑优化中经常出现的数值计算问题有：多孔材料、棋盘格现象、网格依赖性和局部极值问题。

优化结果的提取和应用主要考虑的是如何将优化的结果转化为可用的CAD模型问题，实现CAE和CAD之间的数据共享和交流。

随着拓扑优化理论研究的不断深入，拓扑优化在航空和汽车领域已开始得到初步的应用，主要是通过拓扑优化获得结构的最初拓扑形式，并在最初拓扑形式的基础上进行相关的后续优化设计。

ansys workbench拓扑优化实例摘要：I.引言- 介绍ANSYS Workbench- 介绍拓扑优化II.ANSYS Workbench 拓扑优化实例- 实例一：某汽车零件拓扑优化- 背景介绍- 优化目标- 优化过程- 优化结果- 实例二：某飞机结构拓扑优化- 背景介绍- 优化目标- 优化过程- 优化结果III.拓扑优化在工程中的应用- 提高材料利用率- 减轻结构重量- 提高结构性能IV.总结- 总结ANSYS Workbench 拓扑优化实例- 展望拓扑优化在未来的发展正文：I.引言ANSYS Workbench 是一款集成的多物理场仿真工具，可以帮助工程师进行结构、热、流体、电磁等多种物理场的仿真分析。

在结构设计中，拓扑优化是一种重要的设计方法，可以有效地提高材料利用率、减轻结构重量、提高结构性能。

本文将通过两个实例，介绍如何在ANSYS Workbench 中进行拓扑优化分析。

II.ANSYS Workbench 拓扑优化实例实例一：某汽车零件拓扑优化背景介绍：在汽车制造领域，工程师们经常需要设计轻量化的零件，以提高汽车性能、降低油耗。

针对某汽车零件，我们需要在保持其功能不变的前提下，进行拓扑优化，以减轻其重量。

优化目标：在满足零件强度、刚度、耐疲劳等性能要求的前提下，降低零件重量。

优化过程：1.使用ANSYS DesignModeler 绘制零件的三维模型，并导出为IGS 格式文件。

2.在ANSYS Workbench 中，创建一个新的结构分析项目，并将模型导入到Workbench 中。

3.定义零件的材料属性、边界条件、载荷等。

4.运行拓扑优化分析，设置优化目标（如最小化零件质量）和约束条件（如保持零件的几何形状不变）。

5.查看优化结果，并使用DesignModeler 对优化后的零件进行可视化展示。

优化结果：经过拓扑优化，零件的质量减轻了约20%，同时保持了原有的强度、刚度和耐疲劳性能。

第一章前处理第1例 关键点和线的创建实例—正弦曲线FINISH/CLEAR, NOSTART /PREP7K,100,0,0,0CIRCLE,100,1,,,90 CSYS,1KFILL,2,1,4,3,1K,7,1+3.1415926/2,0,0 CSYS,0KFILL,7,1,4,8,1 KGEN,2,7,11,1,,1 LSTR,8,13 LSTR,9,14 LSTR,10,15 LSTR,11,16 LANG,5,6,90,,0 LANG,4,5,90,,0 LANG,3,4,90,,0 LANG,2,3,90,,0BSPLIN,1,17,18,19,20,12 LSEL,U,,,14LDELE,ALL LSEL,ALL KWPAVE,12 CSYS,4LSYMM,X,14NUMMRG,KP,,,,LOWLCOMB,ALL,,0FINISH/CLEAR, NOSTART /PREP7 PI=3.14159 J=0*DO,I,0,PI,PI/10.0 J=J+1 X=IY=SIN(I) I=I+1 K,J,X,Y *ENDDOBSPLIN,1,2,3,4,5,6 BSPLIN,6,7,8,9,10,11 csys,4 KWPAVE,11LSYMM,y,1,2,,,,0 KWPAVE,11LSYMM,x,3,4,,,,1以上程序有意没算到2 为了使用几个命令第2例工作平面的应用实例—相交圆柱体[本例提示]通过相交圆柱体的创建，本例主要介绍了工作平面的使用方法。

通过本例，读者可以了解并掌握工作平面与所创建体的位置、方向的关系，学习工作平面的设置、偏移、旋转和激活为当前坐标系的方法。

FINISH/CLEAR，NOSTART/PREP7CYLIND,0.015,0,0,0.08,0,360CYLIND,0.03,0,0,0.08,0,360/VIEW,1,1,1,1/PNUM,VOLU,1WPOFF,0,0.05,0.03WPROT,0,60CYLIND,0.012,0,0,0.055,0,360CYLIND,0.006,0,0,0.055,0,360VSEL,S,,,2,3,1CM,VV1,VOLUVSEL,INVECM,VV2,VOLUVSEL,ALLVSBV,VV1,VV2BLOCK,-0.002,0.002,-0.013,-0.009，0,0.008WPSTYLE,,,,,,1CSYS,4VGEN,3,1,,,,120VSBV,5,1VSBV,4,2VSBV,1,3WPROT,0,0,90VSBW,ALLVDELE,1,4,3VADD,ALLVPLOT/REPLOT第3例复杂形状实体的创建实例—螺栓[本例提示]在使用ANSYS软件进行结构分析时，建立实体模型是最复杂最难以掌握的一个过程。