ANSYS优化设计中的优化变量选择说明

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AnsysWorkbenchV14.5参数化优化操作

Ansys workbench流体流动与传热优化通过这种实验可是实现网格考核、结构尺寸对目标函数的影响分析、参数的敏感性分析以及工况参数对目标函数的影响分析等，找到最优的网格尺寸、结构尺寸和操作工况。

下图为典型的ANSYS workbench优化分析的示意图：其中模块与模块之间的关联可以实现交换数据。

本文采用响应面优化的方法实现流体流动与传热的模拟优化。

1．几何模型的建立一．Geometry阶段采用solidworks建立几何模型（注意本机上一定要同时有ANSYS和solidworks）。

下图为建立几何模型的过程：为了简便采用简单的模型来验证本方法。

建立一个草图圆，然后智能尺寸标注，弹出尺寸修改窗，还有尺寸设置窗口。

在这里要设置实现参数化的几何尺寸关联接口。

方法为：在尺寸设置窗口的主要指那一栏的第一个参数前面手动加上一个”DS_”，同时在模型树里面把每一步的操作名改为英文的（注意避开一些敏感字母），以下都按此操作。

然后退出草图，拉伸凸台。

这里标注第二个尺寸：拉伸长度。

鼠标指针放到拉伸特征上，这是窗口出现草图出现拉伸的尺寸，蓝色的尺寸。

然后右击该尺寸，出现尺寸设置窗口，修改主要指加上“DS_”。

至此，几何模型的创建结束，保持文档。

回到ansys workbench界面，geometry后面打上了对号，提示已经完成。

双击geometry启动DM工具。

导入刚刚创建的模型，出现导入对话框，里面有很多设置项，这里采用默认设置，点击generate按钮导入创建的几何模型。

可以看到属性里已经出现修改过的参数化尺寸。

显示两个paremeters，前面的框点击出现P表示设置成参数书尺寸了。

关闭DM，回到workbench界面。

二．Meshing阶段点击mesh启动meshing设置边界：点击geometry，然后右键选择create named selection创建边界：网格部分的控制点击mesh,在下方出现设置框。

运用ANSYS-Workbench快速优化设计

运用ANSYS Workbench快速优化设计摘要：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。

2 优化方法与CAE在保证产品达到某些性能目标并满足一定约束条件的前提下，通过改变某些允许改变的设计变量，使产品的指标或性能达到最期望的目标，就是优化方法。

例如，在保证结构刚强度满足要求的前提下，通过改变某些设计变量，使结构的重量最轻最合理，这不但使得结构耗材上得到了节省，在运输安装方面也提供了方便，降低运输成本。

ANSYS优化设计步骤解析

ANSYS优化设计步骤解析本文介绍了ANSYS优化设计的相关步骤。

共有两种方法实现ANSYS优化设计：批处理方法和通过GUI交互式地完成。

这两种方法的选择取决于用户对于ANSYS程序的熟悉程度和是否习惯于图形交互方式。

如果对于ANSYS程序的命令相当熟悉，就可以选择用命令输入整个优化文件并通过批处理方式来进行优化。

对于复杂的需用大量机时的分析任务来说(如非线性)，这种方法更有效率。

而另一方面，交互方式具有更大的灵活性，而且可以实时看到循环过程的结果。

在用GUI方式进行优化时，首要的是要建立模型的分析文件，然后优化处理器所提供的功能都可以交互式的使用，以确定设计空间，便于后续优化处理的进行。

这些初期交互式的操作可以帮助用户缩小设计空间的大小，使优化过程得到更高的效率。

优化设计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。

1. 生成循环所用的分析文件。

该文件必须包括整个分析的过程，而且必须满足以下条件：a. 参数化建立模型(PREP7)。

b. 求解(SOLUTION)。

c. 提取并指定状态变量和目标函数(POST1/POST26)。

2. 在ANSYS数据库里建立与分析文件中变量相对应的参数。

这一步是标准的做法，但不是必须的(BEGIN或OPT)。

3. 进入OPT，指定分析文件(OPT)。

4. 声明优化变量。

5. 选择优化工具或优化方法。

6. 指定优化循环控制方式。

7. 进行优化分析。

8. 查看设计序列结果(OPT)和后处理(POST1/POST26)。

优化设计步骤的细节在下面列出。

批处理方式和交互方式的区别也同时指出。

第一步：生成分析文件分析文件生成是ANSYS优化设计过程中的关键部分。

ANSYS程序运用分析文件构造循环文件，进行循环分析。

分析文件中可以包括ANSYS提供的任意分析类型(结构，热，电磁等，线性或非线性)。

(注：ANSYS/LS-DYNA的显式分析不能进行优化。

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本文探讨了利用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 Reference。

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。

ANSYS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。

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。

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。

3_ANSYS结构优化设计

结构优化设计方法
结构类型优化结构类型选为设计变量，如结构选为桁架、刚架、悬索等
优化难度大
优化效益高
拓扑布局优化
拓扑：杆件(离散)或结构子域(连续)的有元布局：截面、节点、拓扑皆考虑
节点位置优化
节点位置(杆件)或结构形状(连续体) 优化难度小优化效益低
截面优化
该步骤是由OPT处理器来完成，其命令为：/OPT。
3.4 声明优化变量
该步骤指定哪些参数是设计变量，哪些参数是状态参数，哪些参数是目标函数，允许有不超过60个设计变量和不超过100个状态变量，但只能有一个目标函数。
3.5 选择优化工具或优化方法
ANSYS提供了一些优化工具和方法，默认方法是单次循环，指定后续优化的工具和方法的命令为：OPTYPE。
3.8 查看设计序列结果
优化循环结束后，可以用命令或相应的GUI路径来查看设计序列。如：OPLIST、STATUS、POST1和POST26等。
优化数据流向
4 Ansys优化分析例子
上图是一个两端固定的矩形断面钢梁，其弹性模量E = 200 Gpa，梁的宽度b=100 mm，梁的厚度需要优化设计，设计的目标是使梁的重量最轻。梁的上表面必须维持水平，但是梁厚度是可以沿着长度变化的(即梁底的曲线是可以变化的)，但是梁厚度不得低于100 mm也不得超过800 mm。负载方面考虑一集中载重F、均布力p和自重。另一限制条件是弯曲应力不能够超过100 MPa。
杆件截面尺寸或杆件性质(如弹性模量)
1 什么是优化设计
1.1 优化设计的数学模型
优化设计简单地来说就是由计算机自动地去计算得到设计参数，并且同时符合两个要求：第一是限制条件(constraints)，譬如结构物的应力不得超过容许值；第二是某个特定的目标值(如结构物的总重量、面积、体积、费用)必须最小化或最大化。可以用下列数学模式来表示优化设计的目的。

基于ANSYS的结构优化设计方法

ωL 1
≤ω1
≤ωU1
( 12 )
因此 ,不但要对结构进行静力分析 ,还要进行模态分析
并判断其一阶固有频率是否满足式 ( 12) 。利用 ANSYS经过
44次迭代 ,得到较理想的结果。优化过程如表 4所示。
(下转第 150页 )
四川建筑第 29 卷 3 期 200 9. 0 6
147
·工程结构 ·
【关键词】结构优化 ; 桁架系统 ; 动力优化
【中图分类号】 TU311. 41 【文献标识码】 B
在钢结构工程中 ,钢材的用量是非常巨大的 ,这其中不免会存在材料安全储备太高 ,过于浪费的情况。如何在保证结构安全的情况下 ,减少钢材用量 ,降低成本 ,这正是本文研究的意义所在。结构优化设计是在满足各种规范或某些特定要求的条件下 ,使结构的某种指标 (如重量、造价、刚度或频率等 )达到最佳的设计方法。该方法最早应用在航空工程中 ,随着计算机的快速发展 ,很快推广到机械、土木、水利等工程领域。它的出现使设计者从被动的分析、校核进入主动的设计 ,这是结构设计上的一次飞跃 [1 ] 。ANSYS作为大型工程计算软件 ,其模拟分析功能非常强大 ,掌握并使用 AN2 SYS对结构进行模拟、计算、优化 ,对提高材料利用率、减少成本 ,是很有效的。
265
341
466
306
59. 2 41. 9 26. 1 0. 01 0. 20 0. 29 0. 17 31. 6 262
264
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59. 2 41. 9 26. 1 0. 01 0. 08 0. 28 0. 17 31. 6 262
264

利用ansysAPDL进行优化设计的例子

利用ansys APDL 进行优化设计的例子一、问题描述：约束条件；1.总应力不超过"max2, 梁的变形不超过8m*3, 梁的高度不超过hm^x目标函数：使梁的重量最小二、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!绕Z 轴的转动惯量FILLE,1,2EGEN,10,1,-1 FINISH !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） =20SOLVEFINISH!第五步，进入后处理并创建状态变量与目标变量 /POST1SET,,,,!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R,1,AREA,IZZ,H !定义单元实常数，以设计变量表示 MP,EX,1,30E6 MP,PRXY,1,0.3N,1!创建节点1 N,11,120!创建节点11NSORT,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SSUMSMAX=SMAXI>SMAXJ !找到最大的应力FINISH三、优化过程的菜单方式实现1、1、读入分析文件进行分析：2、进入。

ANSYS优化设计

x1 x2 X= . =[x1,x2…x3] T : xn
(7-1)
式(7-1)的意义在于表示了“设计空间”的概念，即以n个设计变量为坐标轴组成的实空间。这个设计空间成为n纬欧氏空间，用Rn表示。
2001年6月1日 7-3
当n=２，如例7-2中悬臂梁，则有： x1 d X= = x2 l 此时，设计空间是以x1，x2为坐标轴的平面，平面上任一点的坐标对应着一个二维设计变量。 X=[x1x2]T代表了一个设计方案。当n=3时，例如7-1中贮料箱，由三个设计变量组成一个３维设计空间，空间内任一点的坐标对应着一个三维设计变量X=[x1x2x3]T。同样，向量X代表了一个设计方案。依此类推，当n>3时，其n个设计变量x1,x2,…xn组成的空间成为超越空间。设计空间是所有设计方案的集合，表示为： XRn
(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）
2001年6月1日
7-9
(2)性能约束又称性态约束，是由某种设计性能或指标推导出来的一种约束条件。属于这类设计约束的如零件的工作应力、应变的限制；对震动频率、震幅的限制；对传动效率、温升、噪声、输出扭矩波动最大值等的限制；对运动学参数如位移、速度、转速、加速度的限制等。这类约束条件，一般可以根据设计规范中的设计公式或通过物理学和力学的基本分析导出的约束函数来表示。如例 7-2中，悬臂梁设计弯曲强度条件Pl/(0.1d3 )<=[б ]，扭转强度条件 M/(0.2d³ )<=[τ ] ，刚度条件Pl3 /(3EJ)<=[ƒ]。已知 [б ] = 100N/mm2 ,[τ ] =75/Nmm2 ,[ƒ]=0.1mm,E=7.03*104 N/mm², 可导出性能约束条件为： g5 (X) =g5 (d, l) = (d3/l) -1000>=0 g6 (X) =g6 (d, l) = d3 -6666.6>=0 g7(X) =g7 (d, l) = (d4/l3) –9.65>=0

ANSYS优化设计(含几个实例)

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。

ansys响应面优化的一般流程

ansys响应面优化的一般流程一、引言在工程设计中，优化是一项重要任务。

而ANSYS作为一种强大的工程仿真软件，能够通过响应面优化方法，帮助工程师在设计过程中快速高效地找到最佳解决方案。

本文将介绍ANSYS响应面优化的一般流程，以帮助读者了解并应用该方法。

二、ANSYS响应面优化流程1. 确定优化目标：在进行优化之前，需要明确优化的目标，例如最小化成本、最大化性能等。

这个目标将成为优化的衡量标准。

2. 设计变量选择：在进行优化之前，需要确定设计变量的范围和取值。

设计变量是指可以改变的参数，例如材料的厚度、尺寸等。

选择合适的设计变量是优化的前提。

3. 建立数值模型：在ANSYS中，需要建立与实际工程相对应的数值模型。

这包括几何建模、材料属性、边界条件等。

通过ANSYS 提供的建模工具，可以准确地描述工程问题。

4. 设计变量设置：在ANSYS中，需要将设计变量与数值模型相连接。

这可以通过参数化建模来实现，将设计变量作为参数输入到数值模型中。

5. 建立响应面模型：在ANSYS中，使用响应面方法可以通过数值模型的有限次模拟，建立一个代替实际模型的简化模型。

这个简化模型能够准确预测设计变量与优化目标之间的关系。

6. 优化参数设置：在进行优化之前，需要设置优化参数，如迭代次数、收敛准则等。

这些参数将影响优化的效果和速度。

7. 进行优化计算：在ANSYS中，通过优化计算模块可以进行响应面优化计算。

ANSYS会根据建立的响应面模型和设置的优化参数，自动寻找最佳解决方案。

8. 优化结果评估：在计算完成后，需要对优化结果进行评估。

这包括比较不同设计变量组合下的优化目标值，选择最佳解决方案。

9. 结果验证与优化改进：在优化结果评估之后，需要对结果进行验证，并根据实际情况进行优化改进。

这可以通过进一步的模拟计算、实验验证等方法来实现。

10. 结果应用与总结：最后，将优化结果应用到实际工程中，并对整个优化过程进行总结。

根据实际应用效果，可以对优化方法进行改进和调整。

现代设计方法---ANSYS优化设计介绍

OPT
3、举例旅行费用最小化问题：假定旅行者的时间价值为10元/小时，每公里汽油费与速度的平方成反比（50000/速度**2），汽油费为3.66元/升，求在50公里的旅程中最优的旅行速度，使旅行者的旅行费用最小。该旅行限定在一小时的时间内。建立数学模型设计变量：SPEED(初始值可设为100) 状态变量（约束函数）G1=50/SPEED≤1 目标函数：COST=（G1*10）+（50/MP）*3.66 每公里汽油费: MP=5000/SPEED**2
Feb。2004
Introduction to FEM—孟宪颐
OPT
可归纳为：设 x1=d，x2=L， x=[ x1，x2]T = [d，L]T 求函数 F（x1，x2）=V=π*x1**2 *x2/4 最小并受约束于： g1（x1，x2）=2-x1≤0 g2（x1，x2）=x1-10≤0 g3（x1，x2）=5-x2≤0 g4（x1，x2）=x2-15≤0 g5（x1，x2）=-x1**3/x2≤10 g6（x1，x2）=-x1**3≤6.66 g7（x1，x2） = - (x1**4/x2**3) ≤ 0.965
Feb。2004
Introduction to FEM—孟宪颐
OPT
5）定义状态变量(SV) --（DESIGN OPT》）STATE VARIABLES。。。设计约束, 如最大应力和变形. SV 可以是单边的,也可以是双边的. 只有MAX或MIN, 或MAX和MIN 都有. TOLER 是可行域的允差. 确省值为0.01*MAX或MIN 或 0.01*(MAX-MIN) 6）定义目标函数(OBJ) --（DESIGN OPT》）OBJECTIVE。。。最优为极小. 7）选择优化方法 --（DESIGN OPT》）METHOD/TOOL。。。两种优化方法: -零阶方法(SUB-PROBLEM)---推荐使用,通用性和速度快. -一阶方法(FIRST ORDER) 定义选项 ,最大迭代次数,最大不可行集数……

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

ANSYS中的优化设计

21.图形显示各参量的优化曲线 Main Menu—Design Opt—Design Sets--List
4.定义实常数
5.创建关键点（从略，注意：用参量输入）创建直线
6.划分网格 meshtool—size control—lines—set—NDIV取50
7.施加约束和载荷在K1和K2两点约束UX和UY。
Main menu—solution—define loads—apply --structural—pressure—on beam
ANSYS中的优化设计
均布载荷p=5000N/m，跨度L=1m,试确定该梁的高度h 和宽度b，要求梁的高度h不超过100mm，宽度b不低于50mm，挠度不超过0.2mm，使梁质量最小。
1.定义参数
H=0.006 B=0.006 L=1
2.设定单元类型
3.材料属性 EX=2e11 PRXY=0.3
11.提取最大挠度 utility menu—parameters—get scalar data
取挠度的绝对值 utility menu—parameters—scalar parameters
12.生成优化分析文件 utility menu—file—write DB log file
13.进入优化处理器，指定分析文件
14.定义优化设计变量
15.定义状态变量
16.定义目标函数
17.存储优化数据库 18.指定优化方法
单步法随机探索法乘子评估法最优梯度法扫描法子问题近似法一阶方法
19.运行优化 Main Menu—Design Opt--Run
20.列出优化方案 Main Menu—Design Oຫໍສະໝຸດ t—Design Sets--List

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。

ANSYS优化设计中的优化变量选择说明

ANSYS优化设计中的优化变量选择说明本文介绍了ANSYS优化设计中的优化变量选择说明相关内容。

下面列出了许多如何定义设计变量，状态变量和目标函数的建议。

选择设计变量设计变量往往是长度，厚度，直径或模型坐标等几何参数。

其必须是正值。

关于设计变量要记住的几点如下：& #61548; 使用尽量少的设计变量。

选用太多的设计变量会使得收敛于局部最小值的可能性增加，在问题是高度非线性时甚至会引起不收敛。

显而易见，越多的设计变量需要越多的迭代次数，从而需要更多的机时。

一种减少设计变量的做法就是将其中的一些变量用其他的设计变量表示。

这通常叫做设计变量合并。

设计变量合并不能用于设计变量是真正独立的情况下。

但是，可以根据模型的结构判断是否允许某些设计变量之间可以逻辑的合并。

例如，如果优化形式是对称的，可以用一个设计变量表示对称部分。

& #61548; 给设计变量定义一个合理的范围(OPVAR命令中的MIN和MAX)。

范围过大可能不能表示好的设计空间，而范围过小可能排除了好的设计。

记住只有正的数值是可以的，因此要设定一个上限。

& #61548; 选择可以提供实际优化设计的设计变量。

例如，可以只用一个设计变量X1对图1-3a 的悬臂梁进行重量优化。

但是，这排除了用曲线或变截面得到更小的重量的可能。

为了包括这种设计，需要选择四个设计变量X1到X4(图1-3c)。

也可以用另外一种设计变量选择方法完成该优化设计，见图1-3d。

同时，要避免选择产生不实际结果或不需要的设计。

选择状态变量状态变量通常是控制设计的因变量数值。

状态变量的例子有应力，温度，热流率，频率，变形，吸收能，消耗时间等。

状态变量必须是ANSYS可以计算的数值;实际上任何参数都能被定义为状态变量。

选择状态变量的一些要点为：& #61548; 在定义状态变量[OPVAR命令]时，在MIN域中输入空值表示无下限。

同样，在MAX 域中输入空值表示无上限。

中的变量ANSYS中的变量

ANSYS中的变量ANSYS中的变量总的来说分为两大类：一类是标量参数；一类是数组参数。

其意义与C语言中的参数和数组类似。

标量参数是指单个的变量，而数组则是由一系列具有相同意义的数据组成。

一：标量参数标量参数分为两种：数值型的和字符型的。

1：标量参数的定义或修改：可以使用*SET命令或直接写出赋值表达式。

修改时，只需改变数据即可。

例如：*SET,LENGTH,10 !定义了一个名为LENGTH的数值型变量，并且值为10*SET,COMMENT,'DISP' !定义了一个名为COMMENT的字符型变量，并且赋值为DISP以上两句等价于：LENGTH=10COMMENT='DISP'2：标量参数的删除：同样可以使用*SET命令或直接写出赋值表达式或使用*DEL命令。

将需要删除的变量赋空值，注意不是数字0或空格。

例如：我们将上面定义的两个参数删除。

语句如下：*SET,LENGTH,*SET,COMMENT,或：LENGTH=COMMENT=又或：*DEL,LENGTH*DEL,COMMENT3：标量参数的GUI操作菜单。

GUI路径为：Utility Menu->Parameters->Scalar Parameters。

标量参数的定义，删除和修改都可以在这个窗口中完成。

二：数组参数数组参数按维数可分为：一维数组，二维数组和三维数组。

按存储的数据类型可分为：1）一般数组参数，也成为ARRAY Parameter。

是一种默认的数据类型，也就是说，如果用户不声明数据类型，系统就会自动使用该数据类型。

该数组的行、列、面的索引均为从1开始的连续整数，元素值可以为整数或实数。

2）字符数组参数，又名CHAR Array Parameter。

元素值为不多于8个的字符或数字组成。

其行，列，面的索引值也是从1开始的连续整数。

3）表数组参数，也叫TABLE Array Parameter。