ansys优化设计重要
ANSYS高级分析：优化设计(二)
ANSYS的优化模块主要是用来进行工程问题的优化设计，本篇主要讲述ANSYS进行优化分析时必须了解的一些重要概念，主要包括设计变量（DV）、状态变量（SV）、目标函数（OBJ）等，并根据ANSYS优化模块的特点，对如何设置这些变量给出了一些建议和意见。
ANSYS高级分析：优化设计（二）-重要概念1 引言在进行优化设计时，对一些基本的概念了解之后，才能做到有的放矢。
这一篇先讲述了优化设计的基本概念，然后对优化设计的设计变量、状态变量和目标函数在设计和选择时的一些有用的建议和原则。
2 重要概念设计变量（DV）：自变量，即分析问题中需要优化的变量叫做设计变量（DV），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。
ANSYS优化程序允许定义不超过60个设计变量。
状态变量（SV）：是约束设计的数值。
如材料应力上限等，它们是“因变量”，是设计变量的函数。
状态变量可能会有上下限，也可能只有单方面的限制，即只有上限或只有下限。
在ANSYS优化程序中用户可以定义不超过100个状态变量。
目标函数：要尽量减小的数值。
它必须是设计变量的函数，也就是说，改变设计变量的数值将改变目标函数的数值。
在ANSYS优化程序中，只能设定一个目标函数。
设计序列：确定一个特定模型的参数的集合。
一般来说，设计序列是由优化变量的数值来确定的，但所有的模型参数（包括不是优化变量的参数）组成了一个设计序列。
分析文件：ANSYS的命令流输入文件，包括一个完整的分析过程（前处理，求解，后处理）。
它必须包含一个参数化的模型，用参数定义模型并指出设计变量，状态变量和目标函数。
由这个文件可以自动生成优化循环文件（Jobname.LOOP），并在优化计算中循环处理。
一次循环：一个分析周期。
（可以理解为执行一次分析文件。
）最后一次循环的输出存储在文件Jobname.OPO中。
优化迭代（或仅仅是迭代过程）是产生新的设计序列的一次或多次分析循环。
ANSYS优化设计设计优化技术
ANSYS优化设计设计优化技术ANSYS优化设计是一种基于计算机仿真和数值分析的设计优化方法。
它利用ANSYS软件平台上的多物理场问题求解器和优化算法，对设计进行高效、全面的优化。
通过不断迭代求解和更新设计参数，最终达到设计性能的最优化。
ANSYS优化设计涵盖了多个领域的设计问题，例如结构优化、流体优化、电磁优化等。
在结构优化中，可以通过调整材料属性、几何形状和连接方式等设计参数，使结构在承受最大载荷的同时，尽可能地减少重量和成本。
在流体优化中，可以通过调整流体流动的速度、方向和阻力等设计参数，使流体系统的效率和性能得到最大化。
在电磁优化中，可以通过调整电磁场的分布和强度等设计参数，实现电磁设备的最佳性能。
ANSYS优化设计的核心是优化算法。
ANSYS提供了多种优化算法，包括遗传算法、进化算法、粒子群算法等。
这些算法可以根据设计问题的特点和约束条件选择合适的优化策略，并通过不断地试验和调整设计参数，逐步优化设计方案。
优化设计的目标通常是在一定的约束条件下，使设计满足最大化性能、最小化成本或达到特定的指标要求。
使用ANSYS进行优化设计需要以下几个步骤。
首先，确定优化目标和约束条件。
这包括定义设计的性能要求、约束条件、可变参数范围等。
其次，建立数学模型。
将设计问题转化为数学方程组，并确定相关参数之间的关系。
然后，选择合适的优化算法。
根据设计问题的特点和约束条件，选择合适的优化算法进行求解。
最后，进行多次迭代求解。
根据优化算法的要求，通过不断地更新设计参数，逐步接近最优解。
ANSYS优化设计具有以下优势。
首先，通过仿真和数值分析，可以提前发现并解决设计中的问题，减少试错成本。
其次，可以在多个设计方案中比较和选择最优解，提高设计性能。
第三，使用计算机仿真和优化算法，可以大大缩短设计周期，提高设计效率。
最后，ANSYS提供了丰富的优化设计工具和资源，使设计工程师可以更好地应用和掌握优化设计技术。
总之，ANSYS优化设计是一种基于计算机仿真和数值分析的设计优化方法。
第五章ANSYS优化设计
第五章ANSYS 优化设计拓扑优化拓扑优化是指形状优化，也称为外形优化，其目的是寻找载荷作用下的物体最佳材料分配方案，最大刚度设计。
拓扑优化的原理是在满足结构体积缩减量的条件下使结构的柔度极小化。
极小化的结构柔度实际就是要求结构的刚度最大化。
ANSYS提供的拓扑优化技术用于确定系统的最佳几何形状，其原理是系统材料发挥最大利用率，同时确保诸如整体刚度、自振频率等在满足工程要求的条件下获得极大或极小值。
优化参数：不需要人工定义优化参数，而是自动将材料分布当作优化参数。
目标函数：是在满足给定的实际约束条件下（如体积减小等）需要极大或极小化的参数，通常采用的目标函数是结构柔量能量(the energy of structure compliance)极小化和基频最大等。
支持的单元类型：二维实体单元：PLANE2、PLANE82，用于平面应力或轴对称问题；三维实体单元：SOLID92、SOLID95；壳单元：SHELL93。
特别提醒：1、ANSYS程序只对单元类型编号等于1的单元部分进行拓扑优化，对于单元类型编号等于或大于2的单元网格不进行拓扑优化。
2、（1）拓扑优化只能基于线性结构静力分析或模态分析，其它分析类型暂时还不支持。
（2）ANSYS实际提供的拓扑优化为基于线性结构静力分析的最大静态刚度拓扑优化设计和基于模态分析的最大动态刚度优化设计，同时需要达到体积最小化目的。
（3）采用单载荷步或多载荷步的线性结构静力分析时，施加相应的载荷和边界条件。
采用模态频率分析，仅仅施加边界条件。
3、拓扑优化的结果对网格划分密度非常敏感，较细密的网格可以产生更加清晰、确定的拓扑结果，但计算会随着单元规模的增加而需要更多的收敛时间；相反，较粗的网格会生成模糊、不确定的拓扑结果。
另外，拓扑优化结果对载荷情况十分敏感，有时很小的载荷变化将导致拓扑优化结果的巨大差异。
优化设计1． 简介举例：如何在原材料消耗最少情况下，使水杯的容积最大。
基于ANSYS的机械结构强度分析与优化研究
基于ANSYS的机械结构强度分析与优化研究随着现代工程需求的不断增长，对机械结构强度和可靠性的要求也越来越高。
为了满足这一需求，研究人员广泛使用ANSYS软件来进行机械结构的强度分析与优化研究。
本文将介绍基于ANSYS的机械结构强度分析与优化的研究方法和技巧。
一、研究背景和意义机械结构的强度分析是评估其工作状态下可承受的载荷和变形的能力，是确保机械结构安全可靠运行的基础。
而优化设计则是在满足安全性的前提下，设计出更加轻量化和高效的结构，以降低成本和提高性能。
因此，基于ANSYS的机械结构强度分析与优化研究对于工程领域具有重要的意义。
二、ANSYS软件介绍ANSYS是一款广泛应用于工程计算领域的有限元法软件。
它可以模拟和分析各种不同材料和结构类型的力学行为，并提供详细的应力、应变和变形等信息。
利用ANSYS软件，可以进行静力学分析、动力学分析、疲劳分析等多种工程分析。
三、机械结构强度分析流程1. 几何建模：使用ANSYS提供的建模工具，创建机械结构的几何模型。
可以通过绘图、导入CAD文件等方式完成。
2. 材料属性定义：根据实际情况，设置机械结构材料的机械性能参数，包括弹性模量、泊松比、屈服强度等。
3. 网格划分：将几何模型划分成有限元网格，需要注意网格密度和质量的合理选择，以提高计算结果的精度和准确性。
4. 载荷和边界条件定义：根据实际工况对机械结构施加载荷和边界条件。
可以设置静载荷、动载荷、温度载荷等。
5. 强度分析：运行ANSYS计算求解器，进行机械结构的强度分析。
可以获得应力、应变、变形等结果，以评估结构的强度和可靠性。
6. 结果后处理：通过ANSYS的后处理工具，对计算结果进行可视化和分析。
可以生成应力云图、应变曲线等，为结构优化提供依据。
四、机械结构优化方法1. 参数优化：通过改变机械结构的设计参数，如材料厚度、连接方式等，以满足给定的约束条件和性能要求。
2. 拓扑优化：在事先给定的设计空间中，通过修改结构的拓扑形状来实现结构的优化设计。
基于ANSYS的风电机组叶片动态响应分析与优化设计
基于ANSYS的风电机组叶片动态响应分析与优化设计风电机组是目前广泛应用于清洁能源领域的一种发电设备，其核心部件之一是叶片。
叶片的设计与优化对于提高风电机组的发电效率、减少结构疲劳损伤具有重要意义。
本文将基于ANSYS软件，对风电机组叶片的动态响应进行分析，并提出优化设计方法。
一、叶片动态响应分析叶片在工作过程中会受到风力的作用而发生弯曲和振动，因此需要进行动态响应分析。
首先，我们需要建立叶片的有限元模型。
通过ANSYS的建模工具，可以将叶片的几何形状进行三维建模，并使用适当的材料属性对叶片进行参数化描述。
在建立有限元模型后，我们需要给予风电机组施加载荷。
根据风力的特性和叶片的运行条件，可以采用风力加载模块对叶片进行施加风载。
该模块可以模拟风力的作用，计算叶片所受的风载大小和方向，并将其作为载荷输入到有限元模型中。
接下来，通过ANSYS的动态分析功能，对叶片的振动响应进行计算。
动态分析将考虑材料的刚度、阻尼和质量等因素，得出叶片在不同工况下的振动情况。
通过分析叶片的振动频率和振型，可以评估叶片的结构是否合理，是否存在共振问题。
二、叶片优化设计在进行叶片的优化设计时，我们可以通过ANSYS的参数化设计功能来实现。
首先，我们需要确定需要优化的设计变量，如叶片的几何参数、材料参数等。
然后，通过定义参数和参数范围，可以使得ANSYS自动地进行参数组合和计算。
通过进行多次模拟计算和优化迭代，可以得到不同设计变量组合下的叶片性能。
根据设定的优化目标，如最小化叶片的振动响应或最大化叶片的发电效率，可以选取最优的设计变量组合作为最终的优化设计方案。
另外，对于叶片的优化设计，还可以考虑使用拓扑优化方法。
拓扑优化可以根据预设的约束条件和目标函数，在给定的设计空间内调整叶片的材料分布，使得叶片的结构更加均衡和优化。
通过结合拓扑优化和动态响应分析，可以得到更加高效和可靠的叶片设计方案。
三、实例分析与展望通过基于ANSYS的风电机组叶片动态响应分析与优化设计方法，可以有效地评估叶片的结构性能，并提供优化建议。
利用ANSYS软件进行动臂(四连杆)优化设计
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。
ANSYS结构拓扑优化设计
三、客车车身有限元分析
车身骨架作为客车的关键总成，其结构必须有足够的强度和静刚度以保证其疲劳寿命、装配和使用的要求，同时还应有合理的动态特性以达到控制振动与噪声的目的。应用实践证明[5]，用有限元法对车身结构进行分析，可在设计图纸变成产品前就对其刚度、强度、固有频率及振型等有充分认识，以了解车身的应力和变形情况，对不足之处及时改进，使产品在设计阶段就可保证满足使用要求，从而缩短设计试验周期，节省大量的试验和生产费用，它是提高产品可靠性既经济又适用的方法之一。
二、拓扑优化设计数学模型
2.1优化方法的选择
目前常用的连续体结构的拓扑优化方法有：变厚度法、变密度法及均匀化方法。变厚度法的数学模型简单，但优化对象受到很大的限制。变密度法是人为的建立一种材料密度与材料特性之间的关系，拓扑优化计算以后得到单元的密度值为0或1，拓扑优化结构比较清晰[2,3]。均匀化方法是最为流行的方法，拓扑优化后单元的密度值是介于0～1之间的连续值，得到的是一种比较模糊的拓扑结构。最优拓扑结构形式只考虑到结构的强度，结构的设计还需要满足制造工艺、装配关系等设计要求，人们需要在拓扑优化的基础上进行结构设计，模糊的拓扑结构提供的是一个取值范围，更利于后续设计。
ANSYS结构拓扑优化设计
潘震来源：e-works
关键字：客车车顶结构拓扑优化设计ansys
本文用ANSYS软件对某客车车身进行静态有限元分析。在此基础上，采用均匀化方法，以车架总柔度为目标函数，以体积作为约束条件，对几种工况下的车顶进行了拓扑优化设计。探讨了拓扑优化设计过程中，基本模型建立、优化区域选择、优化过程控制及优化结果分析与应用等问题。实现了拓扑优化在汽车结构的初始设计过程中的应用。
基于ANSYS workbench的汽车传动轴有限元分析和优化设计
基于ANSYS workbench的汽车传动轴有限元分析和优化设计使用ANSYS Workbench进行汽车传动轴的有限元分析和优化设计是一种常见的方法。
以下是基于ANSYS Workbench的汽车传动轴有限元分析和优化设计的一般步骤：1.创建几何模型：使用CAD软件创建传动轴的几何模型，并将其导入到ANSYS Workbench中。
确保几何模型准确、完整，并符合设计要求。
2.网格划分：对传动轴几何模型进行网格划分，将其划分为离散的单元。
选择合适的网格划分方法和单元类型，以确保模型的准确性和计算效率。
3.材料属性定义：定义传动轴所使用的材料的力学性质，如弹性模量、泊松比、密度等。
确保选择适当的材料模型，以准确模拟材料的行为。
4.载荷和约束定义：定义施加在传动轴上的载荷，如扭矩、轴向力等。
同时，定义约束条件，如固定轴承端点、自由转动等。
5.设置分析类型和求解器：根据实际情况选择适当的分析类型，如静态、动态、模态等。
配置求解器设置，选择合适的求解器类型和参数。
6.进行有限元分析：运行有限元分析，计算传动轴的应力、变形和振动等。
根据分析结果，评估传动轴的性能和强度。
7.优化设计：根据有限元分析的结果，对传动轴的结构进行优化设计。
通过调整传动轴的几何形状、材料或其他参数，以提高其性能。
8.重新进行有限元分析：对优化后的设计进行再次有限元分析，以验证优化结果。
如果需要，可以多次进行重复优化和分析的步骤。
9.结果评估和优化验证：评估优化结果的有效性，并验证传动轴在实际工况下的性能。
根据需求进行修正和改进。
请注意，基于ANSYS Workbench的有限元分析和优化设计需要一定的专业知识和技能。
基于ANSYS的机械结构强度计算及优化设计
基于ANSYS的机械结构强度计算及优化设计随着科技的不断发展，机械结构在各行各业中扮演着至关重要的角色。
为确保机械结构的安全性和可靠性，强度计算和优化设计成为了不可忽视的环节。
本文将介绍如何利用ANSYS软件进行机械结构的强度计算及优化设计，旨在提升产品的质量和性能。
1. 强度计算的基本原理强度计算是指通过数学方法和有限元分析等技术手段，预测机械结构在特定工况下的受力状态和应力分布，以评估其承载能力和强度情况。
ANSYS作为一款强大的有限元分析软件，提供了丰富的分析工具和模拟功能，可以高效准确地进行机械结构的强度计算。
2. 剖析ANSYS软件的应用ANSYS软件支持用户对机械结构模型进行网格划分、材料属性定义、加载条件设置等操作，并可以对结构进行静力、动力、热力学等方面的强度计算。
在进行强度计算之前，用户需要先建立准确的模型，并进行网格划分。
通过选择各个部件的材料属性和相应的加载条件，可以模拟出真实工况下机械结构的受力状态。
3. 强度计算结果的分析在进行强度计算后，ANSYS能够生成大量的数据和图形，如应力云图、位移变形图、应力分布图等。
通过这些图形和数据，用户可以直观地了解机械结构的受力情况，进而分析结构的强度和刚度情况。
根据实际需求，用户可以对强度计算结果进行进一步的优化设计。
4. 优化设计的思路和方法机械结构的优化设计是通过对结构形状、材料和参数等方面的调整，以达到优化目标的一种方法。
在进行优化设计时，考虑到机械结构的复杂性和多变性，我们可以采用基于ANSYS软件的仿真和优化技术。
通过设置设计变量、约束条件和优化目标，可以对机械结构进行参数优化和拓扑优化，从而改善结构的性能。
5. 优化设计案例分析以一个机械零部件的优化设计为例，首先在ANSYS中建立机械结构的有限元模型并进行强度计算。
然后，设定设计变量和约束条件，以降低结构的重量和提高承载能力为优化目标，利用优化算法进行设计迭代。
通过多次迭代计算和评估，最终获得一个满足设计要求的优化结构。
运用ANSYSWorkbench快速优化设计
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。
桥梁工程ANSYS优化设计问题分析
（）计算困难 。由于实体模 型一般单元多 ，方程组 巨大 ， ４
因此对 机器要求较高 。 ２ 仿真分析 ． ２
Ａ Ｓ Ｓ软件 自身具有 强大 的实体 建模功 能 ，并且 可 以通 ＮＹ
过 多种数据 传输接 口直接输入模 型 。通 过这方 式相结 合 ，基 本 上可 以建 立各种 复杂模型 网格 划分 的质量 和数量 直接影 响
下的受力情况。在 实体仿 真分析上 ，Ａ Ｓ Ｓ软件有很 多优点 ，准确地仿 真分析甚至可以取代模 型试验 而得到 巨大的 ＮＹ
经济效益。在整体有 限元计算 的基础上 ，通过对 某大跨度 斜拉 桥主 梁的局部仿真分析 ，论 述 了仿 真分析尤其是其在
微 机 上 实现 的一 般 过 程 。 关键 词 ： Ａ Ｓ Ｓ； 真 分 析 ； 拉 桥 ＮＹ 仿 斜
飞速发展 和有 限元 软件提供 了一种可 能 ，仿 真技术 可 以将 桥
梁局部甚 至整桥 “ 建立”在计 算机上 ，在设 计桥梁 方案 、桥
（）建模 难 。很 多在梁单 元里 面需要省 略 的内部构 造在 １ 仿真分析里面是 不能省略的。
梁结构计 算分析 、桥梁施工过 程模拟 、准确 计算桥 梁承 载能
则 ，进 行 下 一 步 。
的影 响 ，整体模 型为 ７个标 准梁端 长度 。根据分 析结 果 ，该
模型足够大 ，能够 比较真实地 反映出细化段 的真实受力状态 。 在建模过程 中，采用 Ａ ｔ Ａ 维建模与 Ａ Ｓ Ｓ实体 建 ｕｏ Ｄ Ｃ ＮＹ
（）根据 己完成 的优化 循环 和 当前 优化 变量 的状态修 正 ３ 设计变量 ，重新投入循环 。
组台成整体 模型。 单元选取 ：混凝 土采用 Ｓ ＬＤ ５单元 ，预应 力钢 筋采用 Ｏ Ｉ４
利用ANSYS进行优化设计时的几种优化算法
利用ANSYS进行优化设计时的几种优化算法优化技术理解计算机程序的算法总是很有用的，尤其是在优化设计中。
在这一部分中，将提供对下列方法的说明：零阶方法，一阶方法，随机搜索法，等步长搜索法，乘子计算法和最优梯度法。
(更多的细节参见ANSYS Theory Reference 第20章。
)零阶方法零阶方法之所以称为零阶方法是由于它只用到因变量而不用到它的偏导数。
在零阶方法中有两个重要的概念：目标函数和状态变量的逼近方法，由约束的优化问题转换为非约束的优化问题。
逼近方法：本方法中，程序用曲线拟合来建立目标函数和设计变量之间的关系。
这是通过用几个设计变量序列计算目标函数然后求得各数据点间最小平方实现的。
该结果曲线(或平面)叫做逼近。
每次优化循环生成一个新的数据点，目标函数就完成一次更新。
实际上是逼近被求解最小值而并非目标函数。
状态变量也是同样处理的。
每个状态变量都生成一个逼近并在每次循环后更新。
用户可以控制优化近似的逼近曲线。
可以指定线性拟合，平方拟合或平方差拟合。
缺省情况下，用平方差拟合目标函数，用平方拟合状态变量。
用下列方法实现该控制功能：Command: OPEQNGUI: Main Menu>Design Opt>Method/ToolOPEQN同样可以控制设计数据点在形成逼近时如何加权;见ANSYS Theory Referenc e。
转换为非约束问题状态变量和设计变量的数值范围约束了设计，优化问题就成为约束的优化问题。
ANS YS程序将其转化为非约束问题，因为后者的最小化方法比前者更有效率。
转换是通过对目标函数逼近加罚函数的方法计入所加约束的。
搜索非约束目标函数的逼近是在每次迭代中用Sequential Unconstrained Minimization Technique(SUMT) 实现的。
收敛检查在每次循环结束时都要进行收敛检查。
当当前的，前面的或最佳设计是合理的而且满足下列条件之一时，问题就是收敛的：& #61548; 目标函数值由最佳合理设计到当前设计的变化应小于目标函数允差。
ANSYS优化设计
2001年6月1日
7-5
目标函数与设计变量之间的关系可以用几何图形 形象地表示出来。例如，单变量时，目标函数是二维 平面上的一条曲线（图7.2a）；双变量时，目标函数是 三维空间的一个曲面（图7.2b）。曲面上具有相同目标 函数值的点构成了曲线，该曲线称为等值线（或等高 线）。如 图7.2b所示，在等值线a上的所有点，其目标 函数值均为１５，在等值线c上的各点（设计点），目 标函数值均为２５等等。将其投影到设计空间是一族 近似的共心椭圆，他们共同的中心点就是最优点（图 7.2b 中的Ｐ点）。因此形象地说，优化设计就是近似 地求出这些共心椭圆的中心。若有n个设计变量时，目 标函数是n+1维空间中的超曲面，难于用平面图形表示。 例7-1中贮料箱优化设计的目标函数可表示为： minF(X) F(X)=F(l,w,h)=2 ( l h+w h)+l w (X=[l,w,h]T）
2001年6月1日
7-1
例7-2 设计一圆形截面悬臂梁（见图7.1）。该悬臂梁自由端作用 有集中载荷P=10000N；扭矩M=10N.m；悬臂伸出长度的允许取 值范围为50mm ≤ L ≤ 150mm,直径的允许取值范围为20mm ≤ d ≤ 100mm。要求在满足强度、刚度条件下，体积最小。其设计变 量是棒料直径d和悬臂长度 L 。
(7-2）
2001年6月1日
7-4
２.目标函数
优化设计是要在多种因素下寻求使人最满意、最 适宜的一组参数。这里的“最满意”是针对某一特定 目标而言的。根据特定目标建立起来的、以设计变量 为自变量的、一个可计算的函数称为目标函数，它是 设计方案评价的标准。 优化设计的过程实际上是寻求目标函数最小值或 最大值的过程。因为求目标函数的最大值可转换为求 负的最小值，故目标函数统一描述为： minF (X)=F (x1,x2,…xn) （7-3）
ANSYS软件优化设计技巧
ANSYS优化技巧引子时下ANSYS高手颇多，但还有很多FEA战友对ANSYS的优化过程用之不熟，这里抛砖引玉，写下自己对ANSYS优化模块的使用心得，不当之处敬请指正。
Aug. 14，20021. 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？偷偷的告诉你：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。
可不是，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。
闲话少说，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（我假设叫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，这里我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.inpR=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（我假设叫optvolu.inp）,设定优化变量，并求解。
ANSYS优化设计设计优化技术
ANSYS优化设计--设计优化技术ANSYS设计优化技术基于ANSYS的APDL语言建立的参数化模型。
基于参数化有限元分析过程的设计优化包含下列基本要素：1、设计变量（往往在开始级、前处理器或求解器中定义）；2、状态变量（来源于分析的结果后处理）；3、目标函数（最后得到关于模型系统或分析结果的导出量）；4、优化计算方法即优化设计工具（零阶方法是一个可以有效处理大多数工程问题的方法，一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度，更加适合于精确的优化分析）。
优化设计过程就是一个反复优化改变设计变量以在满足状态变量限制条件下使目标函数变量参数逼近最小值。
在执行优化分析前必须创建一个分析文件，它是一个基于APDL参数化有限元分析过程的命令流输入文件，包括一个完整的前处理、求解和后处理分析过程，其中必须包含一个参数化的模型，定义有设计变量、状态变量和目标函数。
基本过程：1、利用APDL的参数技术和ANSYS的命令创建参数化分析文件，用于优化循环分析文件，除包括整个分析过程外还必须满足以下条件。
（1）在前处理器PREP7中建立参数化模型。
（2）在求解器SOLUTION中求解。
（3）在后处理器POST1/POST26中提取并指定状态变量和目标函数。
2、进入优化设计器OPT，执行优化设计分析过程。
（1）指定分析文件。
（2）声明优化变量，包括设计变量、状态变量和目标函数。
（3）选择优化工具或优化方法。
（4）指定优化循环控制方式。
（5）进行优化分析。
（6）查看设计序列结果。
求解方法：1、Single Run：2、Random Designs：3、Factorial：4、Gradient：5、DVSweeps：6、Sub-Problem：7、First-Order：8、UserOptimizer：注：1、在进入求解器之前定义设计变量，以便在优化设计器中指定读取分析文件的起始行为第一个/prep7命令行。
每次优化迭代计算完成后程序自动修改设计变量的值，并进入下一次迭代，即重新从指定的起始行读取分析文件，如果起始行后接着出现优化变量赋值定义语句，那么优化变量的值就强制恢复成初始值，即设计变量始终保持不变，不进行任何循环优化计算。
ANSYS优化设计
ANSYS优化设计ANSYS是一款广泛应用于工程设计和分析领域的计算机辅助工程分析软件。
其中的优化设计功能可以帮助工程师在设计过程中通过数值方法优化设计方案，以求得更优的设计结果。
本文将从优化设计的基本原理和流程、常用的优化设计方法以及ANSYS优化设计功能的使用方法等方面进行讨论。
优化设计的基本原理和流程优化设计的基本原理是通过对设计变量进行调整，使一些指标函数达到最优值，以达到满足设计要求的目标。
在优化设计流程中，首先需要明确设计目标和约束条件，例如最小化结构重量、最大化热交换效率等。
然后选择适当的优化方法并建立数学模型，通过计算求解得到最优设计方案。
常用的优化设计方法1.数学规划方法：包括线性规划、非线性规划等。
线性规划适用于目标函数和约束条件为线性关系的情况，非线性规划适用于目标函数和约束条件中包含非线性关系的情况。
2.遗传算法：模拟生物进化过程，通过基因组合、交叉和变异等操作，通过适应度评估得到最优解。
3.粒子群算法：模拟鸟群觅食行为，通过个体之间的位置和速度变化来逐步逼近最优解。
4.有限元法优化：通过建立有限元模型，通过改变设计变量来优化结构。
1. OptiStruct：OptiStruct是一种拥有高性能求解器的结构优化软件，能够处理多种优化问题。
在使用OptiStruct进行优化设计时，首先需要建立结构有限元模型，并设置设计变量、目标函数和约束条件。
然后通过OptiStruct的求解器求解得到最优设计方案。
2. DesignXplorer：DesignXplorer是ANSYS的参数化设计和优化软件，能够实现参数化建模、敏感性分析、Design of Experiments（DOE）等功能。
在使用DesignXplorer进行优化设计时，可以使用该软件提供的多种参数化建模工具进行建模，并通过设定设计变量的范围和目标函数来进行优化计算。
3. Workbench Optimization：Workbench Optimization是ANSYS Workbench的一个模块，可以对ANSYS Workbench中的各种分析模块进行全局优化。
ANSYS在结构优化设计中的应用
ANSYS在结构优化设计中的应用由于优化设计的基础理论涉及面较广，对设计人员的数学能力要求较高。
为了帮助设计人员更好地理解抽象的优化理论，提高其实际动手能力，本文介绍了如何利用有限元分析软件进行结构优化设计，建立了基于ANSYS的结构优化设计流程图。
最后通过一个工程实例加以说明。
一、引言优化设计是在数学规划的基础上发展起来的一门交叉学科，随着电子计算机的引入，它已迅速发展成为一种有效的新型工程设计方法。
机械结构设计应用优化设计方法较传统的设计方法一般可节省材料7~40%，并可获得最佳的结构尺寸。
近年来，基因(遗传)算法、猴王算法及模拟退火算法等新型算法又相继引入优化设计领域，扩大了优化设计的基础理论涉及面，对学生的数学基础要求也越来越高。
当设计人员在面对这些种类繁多而且抽象的优化理论时，普遍出现困难情绪。
在优化设计中引入计算机和成熟的商品软件，使结构优化设计的求解程序化、可视化，激发设计人员的求解兴趣，使得传统的优化设计增添了新的活力。
本文介绍了有限元分析软件ANSYS在结构优化设计中的应用，使概念更具体化和形象化，提高了设计人员分析问题的基本技能和计算机操作与软件应用的能力。
二、结构优化设计的数学模型一般说来，优化设计方法不仅要求设计人员要了解所求解间题的工程背景，将设计问题转化为某种优化模型，而且还要懂得利用一门计算机编程语言来实现某种算法，这样他才能够完成优化设计。
也正是这些问题的存在妨碍了学生自己动手应用优化技术解决工程实际问题，厌学情绪也就随之而来。
如何将工程问题转化为优化设计模型，这是机械优化设计首先要解决的关键问题。
建立数学模型的三个基本要素是:设计变量、约束条件以及目标函数。
其中，设计变量又称为自变量，通过其自身的选择和调整来实现优化结果的获取;约束条件又可分为边界约束和性能约束，边界约束一般是考虑设计变量的取值范围，性能约束是根据设计性能或指标要求而定的一种约束条件;目标函数是某个方案的评价指标，有时也是某个设计所要追求的目标函数。
ANSYS WORKBENCH优化设计详细教程
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。
运用ansysworkbench快速优化设计
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(但是有时会基于目标函数而停机… 将在以后详细介绍)
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。
•
对此转盘实例, DV 为
– 轮毂角 qhub , 30°-90° – 轮缘角 qrim , 45°-135° – XMID, 0.5-4.5 in
– YMID, 0.25-1.5 in
qhub
xmid
M3-22
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 A >> y)。 推荐 OBJ为正。 如要确保OBJ为正，可对参数加上一个常数值。
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。
M3-30
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)。
– 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 = 991.3 Hz, 则该设计仍在 可行域，因为实际门槛值为 1000-(0.01*1000) = 990 Hz.
MIN
MAX
Infeasible
TOLER
M3-14
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。
M3-15
进行优化设计- 过程
确认优化变量
M3-23
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
M3-24
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。
M3-26
进行优化设计- 过程
进
行优化
•
Design Opt > Controls...
M3-27
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 .rth 到 .brth, .rmg 到 .brmg, .rfl 到 .brfl)文件中。
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
M3-9
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Assign Analysis File对话框中 选择文件名:
– 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。
M3-33
进行优化设计- 过程
进
行优化
D. 启动优化过程 • 用 OPEXE 命令。
•
或 Design Opt > Run…
– 核对设定, 然后按 OK 钮开始优化。
M3-34
进行优化设计- 过程
0.6 10.0R
0.4
M3-7
进行优化设计
过程 – 冯密塞斯应力应不超过 25,000 psi – 转盘最低自震频率应为 1000 Hz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。
1.6
qhub xmid
ymid
qrim
0.5
4.0R
0.6 10.0R
0.4
M3-8
进行优化设计- 过程
– Design Opt > -Analysis File- Assign… – 或用 OPANL 命令
M3-10
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
M3-11
进行优化设计- 过程
– 保存最佳设计选择 (OPKEEP)。 缺省: OFF。
M3-25
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。
M3-31
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 :
– Design Opt > -Opt Database- Status – 或用 STATUS 命令
M3-32
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 Design Opt > -Opt Database- Save...
如果进行多项分析, 如先热后应力, 只复制最后的结果文件。
(或
– 如果想要拷贝其他结果文件，可考虑用 /ASSIGN 函数 (Utility Menu > File > ANSYS File Options...)。
M3-28
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:
M3-3
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
M3-4
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。
初始设计
参数化建模和加载
求解 参数化结果
qhub xmid
ymid
qrim
M3-20
进行优化设计- 过程
确认优化变量
•
确认目标函数,
– Design Opt > Objective… – 或用 OPVAR 命令:
OPVAR,name,OBJ,,,toler
M3-21
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 。
– 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.
M3-29
进行优化设计- 过程
进
行优化
• •
用 OPTYPE 和 OPSUBP 命令。 或 Design Opt > Method/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) 是左边的缺省值。
分析 文件
搜寻设计域
进行优化设计
M3-5
进行优化设计
过程
•
主要分四步 (假定已有分析文件存在):
1. 2. 3. 4. 确认分析文件 确认优化变量 - DV, SV, 和目标函数 进行优化 查看结果
•
这些步骤相应的菜单如右，可由主菜单 Main Menu > Design Opt 得到
– 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)
Feasible Region