ansys优化设计重要

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)。
M3-6
进行优化设计
过程
•
以下将用一个转盘的例子来说明过程的各步:
一个高速旋转的钢盘，在15,000 rpm的转速下工作，要求按等 应 力设计 。
– 材料属性: E = 30E6 psi, r = 7.2E-4 lb-s2/in4, n = 0.3
1.6
qhub xmid
ymid
qrim
0.5
4.0R
2. 当前设计与前一设计目标函数的差小于允差。
|OBJcurrent - OBJcurrent-1| < TOLERobj
M3-36
进行优化设计- 过程
进
行优化
3. 对每一个 DV, 当前设计与最佳可行设计之差小于允差。
|DVcurrent - DVbest| < TOLERdv （对所有的 DV）
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进行优化设计- 过程
进
行优化
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•
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
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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...
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。
ymid
qrim
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进行优化设计- 过程
确认优化变量
•
确认 DV,
– Design Opt > Design Variables… > Add… – 或用 OPVAR 命令:
OPVAR,name,DV,min,max,toler
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进行优化设计- 过程
确认优化变量
• • •
需要的最大值 (MAX)， 必须 > 0.0。 最小值 (MIN), 如果指定的话, 必须 > 0.0. 如果未指定, MIN 的缺省 值为 0.001*MAX. 允差 (TOLER) 是为收敛（停机）而确定的两次循环间DV可接受的 改变量 。
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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
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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 。
– 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
分析 文件
搜寻设计域
进行优化设计
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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
Feasible Region
TOLER
Infeasible
M3-18
进行优化设计- 过程
确认优化变量
• •
状态变量不是优化所要求的, 但通常还要指定，因为大多数设计需要 在某种形式的约束。 可以定义 100 个 SV。
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进行优化设计- 过程
确认优化变量
目标函数 (OBJ) • • 目标函数是通过优化要被最小化的参数。 例如体积, 重量, 和某处的 温度。 以此转盘为例, 目标是应力变化最小。 因此 OBJ 是冯密塞斯应力 的标准差, SDEV。
OPVAR,name,SV,min,max,toler
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进行优化设计- 过程
确认优化变量
•
SV 可以是单边的或双边的。
– 单边: 只指定 MIN 或只指定 MAX 值 – 双边: 同时指定 MIN 和 MAX 值。
•
TOLER 是可行域的允差… 在被判定为不可行域之前，该设计离 MAX 和 MIN 的范围有多远。
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
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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。
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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。
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进行优化设计- 过程
0.6 10.0R
0.4
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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
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qrim
0.5
4.0R
0.6 10.0R
0.4
M3-8
进行优化设计- 过程
进
行优化
•
优化程序每次将以新的DV值对分析文件进行多次循环，直到设计收 敛或达到迭代次数。
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进行优化设计- 过程
进
行优化
什么是收敛? • 一个设计在可行域已逼近可能的优化解 和 如果满足以下四条件之一 :
1. 当前设计与最佳可行设计目标函数的差小于允差。
|OBJcurrent - OBJbest| < TOLERobj
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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
M3-26
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
第三章
进行优化设计
第 3章
进行优化设计
• • 本章, 将集中介绍如何对现有设计进行优化。 将包括以下内容:
A. 优化设计的定义 — 总览 B. 过程 — 搜索一个优化目标的步骤 C. 重启动
D. 练习
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进行优化设计
A. 定义
一次快速复习 • 一个优化设计是一次：
– 执行目标函数, – 满足所有设计约束, – 并且 使用最少量的材料 (或成本或某种其他判据)的过程。
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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。
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
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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
– 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.
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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) 是最左边的缺省值。
– Design Opt > -Analysis File- Assign… – 或用 OPANL 命令
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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
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进行优化设计- 过程
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。
– 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, 如果在第6次循环时，轮毂角 = 54.2° 而第7次循环时为55.0°, 停机条件 不 满足，因为 DV 的改变量 |54.2-55.0| = 0.8, 大于 （>） 0.55。
(但是有时会基于目标函数而停机… 将在以后详细介绍)
– 保存最佳设计选择 (OPKEEP)。 缺省: OFF。
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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。
– 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)
状态变量 (SV) • 设计约束, 如最大应力和变形
•
以此转盘为例, SV 为:
– 最大周向应力 25000 psi – 一阶自震频率 1000 Hz
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M3-16
进行优化设计- 过程
确认优化变量
•
要确认 SV,
– Design Opt > State Variables… > Add… – 或用 OPVAR 命令:
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...)。
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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: