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ANSYS TRAININGANSYSANSYS TRAININGA. 设计优化?是一个创建优化设计的过程;?一个优化设计就是求解目标函数并且:a)满足所有特定的要求--应力水平 自震频率 最高温度等b)使总重量(或总体积, 成本, 或其他特定判据)最小。
例如 一个承受弯曲载荷的工字梁, 进行形状优化ANSYS TRAINING...设计优化粉末冶金齿轮*?齿轮在一定载荷下以最大应力不超过极限为约束条件 进行重量最小的优化。
?将实心齿轮变成多孔齿轮 使重量减低了27%。
*粉末冶金齿轮的设计优化, Orbison等著, ANSYS Conference Proceedings 1991, VolIIIANSYS TRAININGB.名词术语一个典型的设计优化问题由以下三部分组成1.一个要求极小或极大的项 即目标函数。
例如 ?总重量或体积(通常为极小)?热流率(通常为极大)ANSYS TRAINING...名词术语2. 为满足目标函数而要改变的设计特征即设计变量。
例如:?厚度?高度?圆角半径?屈服极限?孔数ANSYS TRAINING...名词术语3.设计必须满足的条件 即状态变量。
例如:–最大应力的限制–最大变形的限制–最低的一阶自震频率的限制–最高温度的限制–最大温度梯度的限制。
ANSYS TRAINING200 ft50 ft20 lb/in...名词术语例如, 考虑如下的优化问题:一个承受最大构件应力为10,000磅及最大变形为1英寸的连续跨构架桥的重量最轻。
可以改变构件的横截面积和桥的中跨跨高。
ANSYS TRAINING...名词术语?设计变量(DVs)为 –A1, A2, A3…为水平、垂直和对角构件的横截面积–H1, H2…为1/4和半跨的跨高H1H2A1A2A3?状态变量(SVs) 为–SMAX ≤10,000 psi…所有构件的最大应力–DMAX ≤1.0 in….所有接点处的最大变形?目标函数为总体积V最小H1ANSYS TRAINING...名词术语?一个设计现在可定义为给定一组DV值而创建的一个模型例如, 该构架桥的初始设计为一组定义:–A1 = 2.0 in2–A2 = 2.0–A3 = 2.0–H1 = 0.0 in–H2 = 0.0ANSYS TRAINING...名词术语?一个可行设计是落在所有DV 和SV 的限制范围内的设计。
第一章优化设计什么是优化设计?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，所有可以参数化的ANSYS选项都可以作优化设计。
（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法，这两种方法可以处理绝大多数的优化问题。
零阶方法是一个很完善的处理方法，可以很有效地处理大多数的工程问题。
一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度，因此更加适合于精确的优化分析。
对于这两种方法，ANSYS程序提供了一系列的分析——评估——修正的循环过程。
就是对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。
这一循环过程重复进行直到所有的设计要求都满足为止。
除了这两种优化方法，ANSYS程序还提供了一系列的优化工具以提高优化过程的效率。
例如，随机优化分析的迭代次数是可以指定的。
随机计算结果的初始值可以作为优化过程的起点数值。
基本概念在介绍优化设计过程之前，我们先给出一些基本的定义：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。
我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σ不超过σmax [σ≤σmax]●梁的变形δ不超过δ max[δ≤δmax]●梁的高度h不超过h max[h≤h max]图1-1 梁的优化设计示例设计变量（DVs）为自变量，优化结果的取得就是通过改变设计变量的数值来实现的。
每个设计变量都有上下限，它定义了设计变量的变化范围。
在以上的问题里，设计变量很显然为梁的宽度b和高度h。
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。
三.利用ANSYS软件进行动臂（四连杆）优化设计3.1有限元模型建立装载机整机的有限元模型是主要是针对力作用的直接部件进行的，主要包括装载机机身上的转台、主要工作部件铲斗、带动铲斗动作的动臂、动力件油缸、以及运动件连杆和摇臂组成。
在实际建模过程中，通常要求设定材料的性能参数与母材相同，这样做的原因是要对各构件的焊接接头进行连续处理，更为重要的一点是为了在后续精力分析中可以有一个光顺的网格划分，在进行有限元模型的建立中，为了更快捷的进行后续计算，以不至于施加于计算机太多计算负荷，将其中不影响结果数据的螺纹孔、倒角等结构进行了移除。
组件几何模型如图3.1所示。
图3.1 工作装置几何模型根据实际情况定义相应材料的性能，包括：弹性模量e = 2.06×106pa，泊松比μ= 0.3，密度ρ= 7850kg / m3。
每个部件均由solid186单元模拟，接头处的销轴由beam188单元模拟，联接单元由销轴与轴套之间的运动关系模拟，而液压缸则由连杆单元模拟。
通过设置诸如截面积，弹性模量和密度之类的参数来实现对实际液压缸的仿真。
要求将元素尺寸控制在15mm〜20mm之内，并在销轴上局部细化网格，这可以提高计算精度。
最后，为了以危险的姿势获得工作装置的整个有限元模型，需要组装每个部件的有限元模型。
有限元模型包括266783个单元，其中包括266638个实体单元，142个梁单元，3个杆单元和444467个节点。
最后，如果装载机转盘需要完全约束，则应采用边界条件。
通过上述过程计算得出的切向和法向挖掘阻力将作为有限元模型中的外部载荷应用于铲斗尖端，如3.2所示。
图3.2 工作装置有限元模型及边界载荷3.2工作装置静强度分析结果据了解，装载机的材料为 q460c 钢，屈服极限为[ ]=235×106 Pa。
结果表明，工作装置的最大应力为802mpa，该应力发生在提升臂的上吊耳的铰孔和铲斗杆的油缸，远远超过了材料的屈服极限。
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。
运用A N S Y S W o r k b e n c h快速优化设计(总7页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--运用ANSYS Workbench快速优化设计编辑条目60次1人1个[字号:大中小][我来说两句 (0) ]摘要：从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表。
本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E 和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。
关键词：有限元分析、集成、ANSYS Workbench1 前言ANSYS系列软件是融合结构、热、流体、电磁、声于一体的大型通用多物理场有限元分析软件，在我国广泛应用于航空航天、船舶、汽车、土木工程、机械制造等行业。
ANSYS Workbench Environment（AWE）是ANSYS公司开发的新一代前后处理环境，并且定为于一个CAE协同平台，该环境提供了与CAD 软件及设计流程高度的集成性，并且新版本增加了ANSYS很多软件模块并实现了很多常用功能，使产品开发中能快速应用CAE技术进行分析，从而减少产品设计周期、提高产品附加价值。
现今，对于一个制造商，产品质量关乎声誉、产品利润关乎发展，所以优化设计在产品开发中越来越受重视，并且方法手段也越来越多。
从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表，本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。
ANSYS 优化设计1.认识ANSYS优化模块1.1 什么时候我需要它的帮忙?什么是ANSYS优化？我想说明一个例子要比我在这里对你絮叨半天容易理解的多。
注意过普通的水杯吗？底面圆圆的，上面加盖的哪一种。
仔细观察一下，你会发现比较老式的此类水杯有一个共同特点：底面直径＝水杯高度。
图1 水杯的简化模型为什么是这样呢？因为只有满足这个条件，才能在原料耗费最少的情况下使杯子的容积最大。
在材料一定的情况下，如果水杯的底面积大，其高度必然就要小；如果高度变大了，底面积又大不了，如何调和这两者之间的矛盾？其实这恰恰就反应了一个完整的优化过程。
在这里，一个水杯的材料是一定的，所要优化的变量就是杯子底面的半径r和杯子的高度h，在ANSYS的优化模块里面把这些需要优化的变量叫做设计变量（DV）；优化的目标是要使整个水杯的容积最大，这个目标在ANSYS的优化过程里叫目标函数（OBJ）；再者，对设计变量的优化有一定的限制条件，比如说整个杯子的材料不变，这些限制条件在ANSYS 的优化模块中用状态变量（SV）来控制。
下面我们就来看看ANSYS中怎么通过设定DV、SV、OBJ，利用优化模块求解以上问题。
首先参数化的建立一个分析文件（假设叫volu.inp），水杯初始半径为R＝1，高度为H ＝1（DV），由于水杯材料直接喝水杯的表面积有关系，这里假设水杯表面积不能大于100，这样就有S＝2πRH＋2πR2<100（SV），水杯的容积为V＝πR2H（OBJ）。
File:volu.inp (用参数直接定义也可或者在命令栏内直接写)R=1H=1S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*RV=10000/(3.14*R*R*H)然后再建一个优化分析文件（假设叫optvolu.inp）,设定优化变量，并求解。
/clear,nostart/input,volu,inp/optopanl,volu,inpopvar,R,dv,1,10,1e-2opvar,H,dv,1,10,1e-2opvar,S,sv,,100,1e-2opvar,V,obj,,,1e-2opkeep,onoptype,subpopsave,optvolu,opt0opexec最后，打开Ansys6.1，在命令输入框中键入“/input,optvolu,inp”，整个优化过程就开始了。
利用ansys APDL进行优化设计的例子一、问题描述：二、分析文件的APDL语句及注释：（可把该文件拷贝到一个文本文件，作为ansys的分析文件。
）!第一步，初始化ANSYS系统环境FINISH/CLEAR/filename,BeamOpt!第二步，定义参数化设计变量B=1.4 !初始化宽度H=3.8 !初始化高度!第三步，利用参数创建有限元模型/PREP7 !进入前处理ET,1,BEAM3 !定义单元类型为BEAM3AREA=B*H !梁的截面积IZZ=(B*(H**3))/12 !绕Z轴的转动惯量R,1,AREA,IZZ,H !定义单元实常数，以设计变量表示MP,EX,1,30E6 !定义材料性质MP,PRXY,1,0.3N,1 !创建节点1N,11,120 !创建节点11FILLE,1,2EGEN,10,1,-1 !复制单元FINISH !退出前处理!第四步，执行求解/SOLUANTYPE,STATICD,1,UX,0,,11,10,UYSFBEAM,ALL,1,PRES,20 !施加压力（单位长度上的负荷）=20 SOLVEFINISH!第五步，进入后处理并创建状态变量与目标变量/POST1SET,,,,NSORT,U,Y !以Uy为基准对节点排序*GET,DMAX,SORT,,MAX !参数DMAX=最大位移ETABLE,VOLU,VOLU !VOLU=每个单元的体积ETABLE,SMAX_I,NMISC,1 !每个单元I节点处应力的最大值ETABLE,SMAX_J,NMISC,3 !每个单元J节点处应力的最大值SSUM !对单元表求和*GET,VOLUME,SSUM,,ITEM,VOLU !得到总的体积ESORT,ETAB,SMAX_I,,1 !按照单元SMAX_I的绝对值大小排序*GET,SMAXI,SORT,,MAX !参数SMAXI=SMAX_I中的最大值ESORT,ETAB,SMAX_J,,1 !按照单元SMAX_J的绝对值大小排序*GET,SMAXJ,SORT,,MAX !参数SMAXJ=SMAX_J中的最大值SMAX=SMAXI>SMAXJ !找到最大的应力FINISH三、优化过程的菜单方式实现1、设计变量有两个：B和H在本例中需要分别采用两种方法进行优化设计：1）首先选用子问题（sub-problem）优化方法，设置迭代30次，获得7个可行性优化结果；2）再次基础上进行扫描法优化（DV-sweep），选择BEST Design opt，NSPS 中填入5.优化过程的apdl，命令流：finish/INPUT,'BEAM','INP',',,0!执行优化分析/OPTOPCLROPANL,'BEAM','INP','' !指定分析文件名!声明优化变量OPVAR,B,DV,0.5,16.5 !B和H为设计变量OPVAR,H,DV,0.5,8OPVAR,DMAX,SV,-0.1,0 !DMAX和SMAX为状态变量OPVAR,SMAX,SV,0,20000OPVAR,VOLUME,OBJ !VOLUME为目标函数!优化控制设置选项OPDATA,,,OPLOOP,PREP,PROC,ALLOPPRNT,ONOPKEEP,ON!选择子问题法进行第一次优化计算OPTYPE,SUBP !子问题法OPSUBP,30,7，!最大迭代次数OPEXE !执行优化循环!选择扫描法进行第二次优化分析OPTYPE,SWEEP !dv sweep 扫描法OPSWEEP,BEST,5 !最佳设计序列，5次评估OPEXE !执行优化分析。
1文件存储（1）仿真模块与优化模块文件夹如下图所示：（2）仿真流程Workbench界面流程节点，对应后台文件如下图所示。
1.材料文件；2.几何文件；3.设置及网格、结果文件2优化参数设置左侧为输入输出参数界面，右侧为工况列表。
目标：提取结果最小值3ANSYS WORKBENCH优化设计3.1目标驱动优化(Driven optimization)和多学科项目类似。
算例：Direct_optimization.wbpj3.1.1确定输入输出参数输入输出参数如下图所示：3.1.2设置优化目标设置一个或者多个优化目标，如将质量最小化作为目标，并设置质量范围，如下图所示。
3.1.3输入参数范围设置两个输入参数范围如下图所示：3.1.4优化方法（1）是否保留工况点求解数据（2）目标驱动的优化方法•Screening•MOGA•NLPQL•MISQP•Adaptive Single-Objective•Adaptive Multiple-Objective（3）设置工况数量，最小6个（4）设置残差结果残差设置：1e-6（5）设置候选工况数残差达不到要求，增加候选节点继续优化计算。
3.1.5求解开始求解显示当前求解工况仿真各个节点状态显示计算候选工况3.1.6优化完毕3.1.6.1 输入参数变化曲线显示两个输入参数变化曲线3.1.6.2 工况数据列表3.1.6.3收敛判断描述优化目标，优化算法，是否收敛，最优工况等，类似于设置总结3.1.6.4 结果设置参考点，计算工况残差，优化目标结果满足1e-6标准，即可认为收敛。
工况DP7为参考点，DP11残差为0，则最优点为DP7。
工况结果分布散点图3.1.6.5 输入输出分布算例：parameter_correlation.wbpj3.2.1参数设置（1）是否保留工况点数据DX计算完成后是否保留相关数据（2）失败工况管理(failed design points management)尝试计算次数（Number of retries）：失败后重新尝试计算的次数计算延迟时间（Retry delay）：两次重新计算之间要经过多少时间。
