ANSYS概率设计PDS讲义

ANSYS Workbench 14.0超级学习手册(第1章)ansysworkbench14.0超级学习手册(第1章)第1章ansysworkbench14.0概述本章从总体上对ansysworkbench14.0自带软件包含结构力学模块、流体力学模块等展开详述，同时对ansysworkbench14.0最新资源整合的其他模块展开直观了解，其中包含低频电磁场分析模块ansoftmaxwell、多领域机电系统设计与仿真分析模块ansoftsimplorer、烦躁分析模块ncode及复合材料建模与后处理模块acp等。

同时，本章还以solidworks软件为基准，了解workbench14.0与常用的cad软件展开内置的步骤及方法。

学习目标：（1）介绍ansysworkbench软件各模块的功能；（2）掌握ansysworkbench软件与solidworks软件的集成设置；（3）掌控ansysworkbench平台的常规设置，包含单位设置、外观颜色设置等。

1.1ansys软件简介ansys提供广泛的工程仿真解决方案，这些方案可以对设计过程要求的任何场进行工程虚拟仿真。

全球的诸多组织都相信ansys为它们的工程仿真软件投资带来最好的价值。

ansys软件就是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用型有限元分析软件。

由世界上最小的有限元分析软件公司之一、美国ansys公司研发，它能够与多数cad软件USB，同时实现数据的共享资源和互换。

软件主要包括3个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

（1）前处置模块提供更多了一个强悍的实体建模及网格分割工具，用户可以便利地结构有限元模型。

（2）分析计算模块包括结构分析（线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。

（3）后处理模块可以将计算结果以彩色等值线表明、梯度表明、矢量表明、粒子流迹表明、立体切片表明、透明化及半透明表明（可以看见结构内部）等图形方式表明出，也可以将计算结果以图表、曲线形式表明或输入。

基于ANSYS的概率有限元分析1, * 2 2 2Stefan Reh,Jean-Daniel Beley , Siddhartha Mukherjee , Eng Hui Khor1应用科学大学，柏林Tor 21，d-20099汉堡，德国2 Ansys公司，275科技街，匹斯堡，PA15317，美国摘要在产品复杂性不断增加的今天，工业制造商发现完善解决技术与效益之间矛盾的压力越来越大。

此外，产品的这种设计是在随机性与不确定性下实现的。

因此，在不确定性存在的情况下，找到目标函数的最佳解需要借助于概率分析工具。

为了实现这一点，ANSYS公司发布了两个工具，即ANSYS的概率设计系统和ANSYS DesignXplorer。

本文介绍了这两个工具的基本算法和应用。

本文的主题是解释和讨论这两个ANSYS软件工具提供的变分技术。

基于单一有限元分析的变化工艺是一种提供准确、高阶响应面的高效方法。

本文对这些方法的性能、优点和缺点进行了讨论。

对减少执行时间使用并行计算的可能性进行讨论。

针对不同分析方法的不同精确性与有效性的度量方法也分别给与了描述。

对概率分析结果的后处理也给与了阐述。

强调实现多重和或许相互矛盾的目标的最优化方法。

最后，结合几个工程上的实例，对软件的应用进行了说明。

关键词：不确定性;概率;六∑设计;概率为基础的优化;健壮性设计。

1、引言近些年来，量化概率指标与优化机械产品的方法收到了工业界、学术界的越来越多的关注。

在降低产品进入市场的时间，提高产品质量和产品可靠性的推动下，由于需要同时降低成本（生产成本，保修费用等），工业制造商发现自己面临的挑战是优化明显冲突的不断提高产品复杂性的技术和财政目标之间的状况。

此外，这一挑战是必须在满足是受到随机性和不确定性下的产品，因为它们是根据实际生产和生活条件生产的。

当然，如果最优化目标和可能的约束条件得以量化，最优化是可以得以实现的。

**因此，寻找在不确定的存在下相互矛盾的目标之间的正确平衡要求使用概率分析工具。

第1章ANSYS Workbench 14.0概述本章从总体上对ANSYS Workbench 14.0自带软件包括结构力学模块、流体力学模块等进行概述，同时对ANSYS Workbench 14.0最新整合的其他模块进行简单介绍，其中包括低频电磁场分析模块Ansoft Maxwell、多领域机电系统设计与仿真分析模块Ansoft Simplorer、疲劳分析模块nCode及复合材料建模与后处理模块ACP等。

同时，本章还以SolidWorks 软件为例，介绍Workbench 14.0与常见的CAD软件进行集成的步骤及方法。

学习目标：（1）了解ANSYS Workbench软件各模块的功能；（2）掌握ANSYS Workbench软件与SolidWorks软件的集成设置；（3）掌握ANSYS Workbench平台的常规设置，包括单位设置、外观颜色设置等。

1.1 ANSYS软件简介ANSYS提供广泛的工程仿真解决方案，这些方案可以对设计过程要求的任何场进行工程虚拟仿真。

全球的诸多组织都相信ANSYS为它们的工程仿真软件投资带来最好的价值。

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

由世界上最大的有限元分析软件公司之一、美国ANSYS公司开发，它能与多数CAD 软件接口，实现数据的共享和交换。

软件主要包括3个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

（1）前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。

（2）分析计算模块包括结构分析（线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。

（3）后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

ANSYS概率设计PDS讲义引言：ANSYS概率设计PDS（Probabilistic Design System）是用于进行概率设计和可靠性分析的工具。

通过在设计过程中引入概率和可靠性分析，可以更准确地评估设计的风险和性能表现，并优化设计。

一、概率设计的基本原理1.1概率设计的概念概率设计是指在设计过程中引入概率分析所涉及的方法和技术。

传统的设计方法往往只考虑设计的平均性能，而没有考虑到设计变量的随机性和不确定性。

概率设计则通过引入概率分布函数来描述设计变量的不确定性，并利用统计学方法进行设计优化。

1.2概率分布函数概率分布函数用于描述设计变量的概率分布情况。

常见的概率分布函数包括正态分布、均匀分布、指数分布等。

概率设计中的关键之一是根据实际情况选择合适的概率分布函数，并对设计变量进行参数估计。

1.3可靠性分析可靠性分析是对设计的可靠性进行评估的方法。

通过引入概率分布函数和可靠性指标，可以评估设计在给定工况下的可靠性水平。

常见的可靠性指标包括可靠度、失效概率等。

二、ANSYS概率设计PDS的基本功能2.1概率建模2.2可靠性分析2.3不确定性传递2.4设计优化三、ANSYS概率设计PDS的应用案例3.1结构设计中的应用在结构设计中，往往需要考虑材料参数的不确定性、几何参数的不确定性等。

通过引入概率设计和可靠性分析方法，可以评估结构的失效概率，并优化结构设计。

3.2车辆动力系统设计中的应用在车辆动力系统设计中，往往需要考虑零部件的制造偏差、工况的变化等不确定因素。

通过引入概率设计和可靠性分析方法，可以评估动力系统的可靠性水平，并优化设计。

3.3电子产品设计中的应用在电子产品设计中，往往需要考虑电子元件的参数变化、温度和湿度的变化等因素。

通过引入概率设计和可靠性分析方法，可以评估电子产品的可靠性，并优化设计。

结论：通过引入ANSYS概率设计PDS的工具和方法，可以更加准确地评估设计的风险和性能表现，优化设计。

如图所示，三根铰接杆承受集中力载荷模型。

其尺寸和材料属性均是不确定的输入参数。

随机条件如下：•截面积A1均值为10mm^2，mm，服从高斯分布•截面积A2最小值为10,最可能的值为11,最大值为12，服从三角分布•截面积A3最小值为9,最大值为11，服从均匀分布•定义输入变量A1与A3之间的关系,相关系数为图1在上述条件下，杆件的最大轴向应力的输出SIG1、SIG2、SIG3为随机行为，具体研究内容如下：•观察变量的抽样过程，确定PDS是否执行了足够多的仿真循环计算数目；•绘制SIG1响应历史曲线；•绘制SIG2的分布柱状图；•对VTOT进行灵敏度分析；GUI操作方式：第一步：设置工作目录：Utility Menu>File>Change Directory第二步：创建PDS分析文件，即仿真循环文件PDS3BAR.mac1.分析文件是为了在概率分析过程中使用而创建的。

利用文本编辑器或根据LOG文件整理，在ANSYS当前工作目录中创建PDS3BAR.mac，其内容如下：*SET,a1,10 !初始化设计变量*SET,a2,10*SET,a3,10/PREP7ET,1,LINK1 !定义单元和材料R,1,a1 !定义实常数R,2,a2R,3,a3N,1,0,0,0 !生成节点N,2,10,0,0N,3,20,0,0N,4,10,-10,0REAL,1 !生成有限元模型E,1,4REAL,2E,2,4REAL,3E,3,4FINISH/SOLU !加载求解D,1,ALL, , ,3F,4,FX,20000F,4,FY,-20000SOLVEFINISH/POST1SET,FIRSTETABLE,VOLU,VOLU, !将单元体积放入表VOLU中ETABLE,AXST,LS,1 !将单元应力放入表AXST中*GET,sig1,ELEM,1,ETAB,AXST !sig1=单元1的轴向应力*GET,sig2,ELEM,2,ETAB,AXST*GET,sig3,ELEM,3,ETAB,AXSTSSUM !将单元表格内数据求和*GET,VTOT,SSUM, ,ITEM,VOLU !提取结构总体积FINISH2.清除内存。

第1章ANSYS Workbench 14.0概述本章从总体上对ANSYS Workbench 14.0自带软件包括结构力学模块、流体力学模块等进行概述，同时对ANSYS Workbench 14.0最新整合的其他模块进行简单介绍，其中包括低频电磁场分析模块Ansoft Maxwell、多领域机电系统设计与仿真分析模块Ansoft Simplorer、疲劳分析模块nCode及复合材料建模与后处理模块ACP等。

同时，本章还以SolidWorks 软件为例，介绍Workbench 14.0与常见的CAD软件进行集成的步骤及方法。

学习目标：（1）了解ANSYS Workbench软件各模块的功能；（2）掌握ANSYS Workbench软件与SolidWorks软件的集成设置；（3）掌握ANSYS Workbench平台的常规设置，包括单位设置、外观颜色设置等。

1.1 ANSYS软件简介ANSYS提供广泛的工程仿真解决方案，这些方案可以对设计过程要求的任何场进行工程虚拟仿真。

全球的诸多组织都相信ANSYS为它们的工程仿真软件投资带来最好的价值。

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

由世界上最大的有限元分析软件公司之一、美国ANSYS公司开发，它能与多数CAD 软件接口，实现数据的共享和交换。

软件主要包括3个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

（1）前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。

（2）分析计算模块包括结构分析（线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。

（3）后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。