ANSYS优化设计_练习
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4. 在轮毂和轮缘间建中间关键点（keypoint）： – (Preprocessor >) Create > Keypoints > In Active CS...
• NPT = 10 • X,Y,Z = hub_ro+xmid, ymid, 0
• [OK] 5. 将活动坐标系转到全局柱坐标系。这将允许我们创建一个样条曲线并指定 qhub and qrim.为其端部斜率： – Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cylindrical
5.
6.
W-4
1. 介绍性练习 旅行费用最小化
7. 定义旅行时间作为状态变量： – (Design Opt >) State Variables…
• [Add…] – 选择 TRIPTIME，然后 – Max = 1 – TOLER = .001 – [OK] • [Close]
8. 定义旅行费用作为目标函数： – (Design Opt >) Objective… • 选择 TRIPCOST，然后 • TOLER = .001 • [OK]
W-17
2A. 参数化建模 轴对称转盘
10. 指定带预应力作用的静态分析。预应力使后续的预应力模态分析成为可能。 – Main Menu > Solution > New Analysis...
• 选 Static，然后 [OK].
– (Solution >) Analysis Options... • Equation solver = Precondition CG • Tolerance/level = 1e-5
W-5
1. 介绍性练习 旅行费用最小化
9. 选择优化方法： – (Design Opt >) Method/Tool…
• 选择 Sub-Problem，然后 [OK] • 在随后出现的对话框中按 [OK]
10. 执行优化： – (Design Opt >) Run… [OK]
11. 列出设计集：
W-16
2A. 参数化建模 轴对称转盘
9. 模型分网： – Preprocessor > MeshTool
• 激活 Smart Size • 设定 smart size 为 3
• [Mesh],，然后在Mesh Areas对话框中点 [Pick All] • [Close] – Utility Menu > Plot > Elements – Toolbar > [SAVE_DB]
• [Apply] 或 鼠标中键 • XV1,YV1,ZV1 = 1, 90+thetahub, 0 • XV6,YV6,ZV6 = 1, 90-thetarim, 0 • [OK]
W-14
2A. 参数化建模 轴对称转盘
7. 转回到全局笛卡儿坐标并定义连接轮毂和轮缘的面。 – Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cartesian
W-20
2A. 参数化建模 轴对称转盘
14. 绘制von Mises 应力云图： – Main Menu > General Postproc > Plot Results > Nodal Solu…
• Item, Comp = Stress, von Mises SEQV • [OK]
W-21
• rpm=7500 • w=2*pi*rpm/60
• [Close] – (Solution >) Apply > Other > Angular Velocity…
• OMEGY = w • [OK]
13. 现在我们已准备好可以求解。 – Toolbar > [SAVE_DB] – Solution > -Solve- Current LS • 检查状态信息，关闭 “/STAT Command” 窗 • [OK]
E = 30e6 psi r = 7.2e-4 lb-s2/in4 n = 0.3
1.6 qhub xmid ymid qrim
0.5
4.0R
0.6 10.0R
0.4
W-9
2A. 参数化建模 轴对称转盘 指导
1. 进入 ANSYS （或清数据库）并改变 jobname为 rotdisk： – Utility Menu > File > Change Jobname… • 现在 jobname = rotdisk • [OK] 2. 在输入窗内或在标量参数对话框中键入如下的参数定义 (Utility Menu > Parameters > Scalar Parameters…): • pi=3.142 • hub_ri=4 • hub_w=0.6
– (Preprocessor >) Create > -Areas- Arbitrary > Through KPs
• 以反时针方向点选中间面四角上的关键点，然后按 OK。 – Toolbar > [SAVE_DB]
W-15
2A. 参数化建模 轴对称转盘
8. 下一步是模型分网，从定义单元类型和材料属性开始。 – Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete…
– (Design Opt >) -Design Sets- List… • 选择 Best Set，然后 [OK] – (Design Opt >) -Design Sets- List…
• 选择 ALL Sets，然后 [OK]
W-6
1. 介绍性练习 旅行费用最小化
12. 画出速度对旅行费用曲线： – (Design Opt >) -Design Sets- Graphs/Tables…
• XVAROPT = SPEED • NVAR = TRIPCOST
• [OK]
W-7
1. 介绍性练习 旅行费用最小化
13. 退出ANSYS： – Toolbar > QUIT
• 选择 Quit - No Save!，然后 [OK]
W-8
2A. 参数化建模
轴对称转盘
描述 • • • 建立一个参数化，如图所示的高速转盘轴对称模型 ，用 thetahub, thetarim, xmid, 和 ymid 作为参数，所有其他尺寸是固定的。 加载： 角速度相当于 15,000 rpm. 材料特性：
W-1
4. 5.
6. 7.
8.
1. 介绍性练习
旅行费用最小化
描述 • 求最优旅行速度，使50-英里的旅程费用最小。 假定旅行者的时间值 10.00美元/小时， 每英里汽油费与速度的平方成反比 (50,000/速度2), 而 汽油费为1.079美元/加仑。该旅行用不超过一小时的时间。 让我们重申本命题：最小化函数 cost = (旅行时间*10)+(50/每英里汽油)*1.079 约束条件 旅行时间 1.0 给定： 旅行时间 = 50/speed 每英里汽油 = 50000/speed**2
练习 附录
目
1. 介绍性练习 旅行费用最小化 2. 参数化模型 A. 轴对称转盘 B. 六角钢盘
录
3.
设计优化 A. 轴对称转盘 B. 六角钢盘
搜寻设计域 六角钢盘 优化设计 II A. 带肋托盘 B. 风铃 健壮设计 一个励磁器的因素分析 拓朴优化 A. 六角钢盘 B. 拱桥 附录 用健壮设计达到世界级质量 用ANSYS程序将工程质量设计到产品中去
• • • •
输入 WP X = hub_ri 输入 WP Y = 0 Width = hub_w Height = hub_ht
• [Apply] • WP X = rim_ri • 输入 WP Y = 0 • Width = rim_w
• Height = rim_ht
• [OK]
W-12
2A. 参数化建模 轴对称转盘
hub_ht qhub xmid ymid rim_ht
qrim
• hub_ro=hub_ri+hub_w
• hub_ht=1.6 • rim_ro=10 • rim_w=0.4
hub_ri hub_ro
hub_w
rim_ri rim_ro
rim_w
W-10
2A. 参数化建模 轴对称转盘
2. （续） • rim_ri=rim_ro-rim_w
2. 3. 进入你的导师指定的 ANSYS 工作目录。 改变作业名（ jobname）为 trip: – Utility Menu > File > Change Jobname… • 现在 jobname = trip • [OK]
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1. 介绍性练习 旅行费用最小化
4. 由文件 trip.dat 中读入： – Utility Menu > File > Read Input from… • 选择 trip.dat，然后 [OK] 进入设计优化程序 (OPT) 并指定分析文件： – Main Menu > Design Opt > -Analysis File- Assign... • 选择 trip.dat，然后 [OK] 定义速度作为设计变量： – (Design Opt >) Design Variables… • [Add…] – 选择 SPEED，然后 – Min = 1 – Max = 100 – TOLER = .001 – [OK] • [Close]
• [Add…] – 选择 Solid 和 Quad 8node 82，然后 [OK] • [Options…] – K3 = Axisymmetric – [OK]
• [Close] – Preprocessor > Material Props > Isotropic • [OK] – EX = 30e6 – DENS = 7.2e-4 – NUXY = 0.3 – [OK] (杨氏模量，单位 psi) (密度， lb-sec2/in4) (泊松比)
• 点选模型底部三线，然后 [OK]
W-19
2A. 参数化建模 轴对称转盘
12. 加 7500 rpm的角速度载荷。ANSYS 期望弧度/秒，所以先要计算所用参数值。 – Utility Menu > Parameters > Scalar Parameters... type the following:
2A. 参数化建模 轴对称转盘
15. 下一步是将结果送入参数。我们需要最大冯密塞斯应力（将称之为 SMAX），而冯 密塞斯应力的标准差 （称为SDEV）。 首先求 SMAX：
• Stress stiffness or prestress = Prestress ON • [OK]
W-18
2A. 参数化建模 轴对称转盘
11. 加上边界条件，沿底线加对称边界条件。 – Utility Menu > Plot > Lines
– (Solution >) -Loads- Apply > Displacement > -Symmetry B.C.- On Lines
• rim_ht=0.5 • thetahub=90
• thetarim=90 • xmid=(rim_ri-hub_ro)/2 • ymid=(hub_ht+rim_ht)/2
W-11
2A. 参数化建模 轴对称转盘
3. 为轮毂和轮缘创建矩形： – Main Menu > Preprocessor > Create > Rectangle > By 2 Corners
•
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1. 介绍性练习 旅行费用最小化
指导
1. 用系统编辑器 （Notepad 或 vi），在你的导师指定的目录下再现（或创建）文件 trip.dat 。文件中应包括如下的参数定义： – speed=100 – triptime=50/speed – mpg=50000/speed**2
– tripcost=(triptime*10)+(50/mpg)*1.079
W-13
2A. 参数化建模 轴对称转盘
6. 过 KP 10 并以指定的端部斜率创建一样条曲线： – (Preprocessor >) Create > Splines > With OptioHale Waihona Puke Baidus > Spline thru KPs
• 按自左至右的顺序点选三关键点： – 轮毂右上部KP ， KP10，轮缘左上部的KP
• NPT = 10 • X,Y,Z = hub_ro+xmid, ymid, 0
• [OK] 5. 将活动坐标系转到全局柱坐标系。这将允许我们创建一个样条曲线并指定 qhub and qrim.为其端部斜率： – Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cylindrical
5.
6.
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1. 介绍性练习 旅行费用最小化
7. 定义旅行时间作为状态变量： – (Design Opt >) State Variables…
• [Add…] – 选择 TRIPTIME，然后 – Max = 1 – TOLER = .001 – [OK] • [Close]
8. 定义旅行费用作为目标函数： – (Design Opt >) Objective… • 选择 TRIPCOST，然后 • TOLER = .001 • [OK]
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2A. 参数化建模 轴对称转盘
10. 指定带预应力作用的静态分析。预应力使后续的预应力模态分析成为可能。 – Main Menu > Solution > New Analysis...
• 选 Static，然后 [OK].
– (Solution >) Analysis Options... • Equation solver = Precondition CG • Tolerance/level = 1e-5
W-5
1. 介绍性练习 旅行费用最小化
9. 选择优化方法： – (Design Opt >) Method/Tool…
• 选择 Sub-Problem，然后 [OK] • 在随后出现的对话框中按 [OK]
10. 执行优化： – (Design Opt >) Run… [OK]
11. 列出设计集：
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2A. 参数化建模 轴对称转盘
9. 模型分网： – Preprocessor > MeshTool
• 激活 Smart Size • 设定 smart size 为 3
• [Mesh],，然后在Mesh Areas对话框中点 [Pick All] • [Close] – Utility Menu > Plot > Elements – Toolbar > [SAVE_DB]
• [Apply] 或 鼠标中键 • XV1,YV1,ZV1 = 1, 90+thetahub, 0 • XV6,YV6,ZV6 = 1, 90-thetarim, 0 • [OK]
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2A. 参数化建模 轴对称转盘
7. 转回到全局笛卡儿坐标并定义连接轮毂和轮缘的面。 – Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cartesian
W-20
2A. 参数化建模 轴对称转盘
14. 绘制von Mises 应力云图： – Main Menu > General Postproc > Plot Results > Nodal Solu…
• Item, Comp = Stress, von Mises SEQV • [OK]
W-21
• rpm=7500 • w=2*pi*rpm/60
• [Close] – (Solution >) Apply > Other > Angular Velocity…
• OMEGY = w • [OK]
13. 现在我们已准备好可以求解。 – Toolbar > [SAVE_DB] – Solution > -Solve- Current LS • 检查状态信息，关闭 “/STAT Command” 窗 • [OK]
E = 30e6 psi r = 7.2e-4 lb-s2/in4 n = 0.3
1.6 qhub xmid ymid qrim
0.5
4.0R
0.6 10.0R
0.4
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2A. 参数化建模 轴对称转盘 指导
1. 进入 ANSYS （或清数据库）并改变 jobname为 rotdisk： – Utility Menu > File > Change Jobname… • 现在 jobname = rotdisk • [OK] 2. 在输入窗内或在标量参数对话框中键入如下的参数定义 (Utility Menu > Parameters > Scalar Parameters…): • pi=3.142 • hub_ri=4 • hub_w=0.6
– (Preprocessor >) Create > -Areas- Arbitrary > Through KPs
• 以反时针方向点选中间面四角上的关键点，然后按 OK。 – Toolbar > [SAVE_DB]
W-15
2A. 参数化建模 轴对称转盘
8. 下一步是模型分网，从定义单元类型和材料属性开始。 – Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete…
– (Design Opt >) -Design Sets- List… • 选择 Best Set，然后 [OK] – (Design Opt >) -Design Sets- List…
• 选择 ALL Sets，然后 [OK]
W-6
1. 介绍性练习 旅行费用最小化
12. 画出速度对旅行费用曲线： – (Design Opt >) -Design Sets- Graphs/Tables…
• XVAROPT = SPEED • NVAR = TRIPCOST
• [OK]
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1. 介绍性练习 旅行费用最小化
13. 退出ANSYS： – Toolbar > QUIT
• 选择 Quit - No Save!，然后 [OK]
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2A. 参数化建模
轴对称转盘
描述 • • • 建立一个参数化，如图所示的高速转盘轴对称模型 ，用 thetahub, thetarim, xmid, 和 ymid 作为参数，所有其他尺寸是固定的。 加载： 角速度相当于 15,000 rpm. 材料特性：
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4. 5.
6. 7.
8.
1. 介绍性练习
旅行费用最小化
描述 • 求最优旅行速度，使50-英里的旅程费用最小。 假定旅行者的时间值 10.00美元/小时， 每英里汽油费与速度的平方成反比 (50,000/速度2), 而 汽油费为1.079美元/加仑。该旅行用不超过一小时的时间。 让我们重申本命题：最小化函数 cost = (旅行时间*10)+(50/每英里汽油)*1.079 约束条件 旅行时间 1.0 给定： 旅行时间 = 50/speed 每英里汽油 = 50000/speed**2
练习 附录
目
1. 介绍性练习 旅行费用最小化 2. 参数化模型 A. 轴对称转盘 B. 六角钢盘
录
3.
设计优化 A. 轴对称转盘 B. 六角钢盘
搜寻设计域 六角钢盘 优化设计 II A. 带肋托盘 B. 风铃 健壮设计 一个励磁器的因素分析 拓朴优化 A. 六角钢盘 B. 拱桥 附录 用健壮设计达到世界级质量 用ANSYS程序将工程质量设计到产品中去
• • • •
输入 WP X = hub_ri 输入 WP Y = 0 Width = hub_w Height = hub_ht
• [Apply] • WP X = rim_ri • 输入 WP Y = 0 • Width = rim_w
• Height = rim_ht
• [OK]
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2A. 参数化建模 轴对称转盘
hub_ht qhub xmid ymid rim_ht
qrim
• hub_ro=hub_ri+hub_w
• hub_ht=1.6 • rim_ro=10 • rim_w=0.4
hub_ri hub_ro
hub_w
rim_ri rim_ro
rim_w
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2A. 参数化建模 轴对称转盘
2. （续） • rim_ri=rim_ro-rim_w
2. 3. 进入你的导师指定的 ANSYS 工作目录。 改变作业名（ jobname）为 trip: – Utility Menu > File > Change Jobname… • 现在 jobname = trip • [OK]
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1. 介绍性练习 旅行费用最小化
4. 由文件 trip.dat 中读入： – Utility Menu > File > Read Input from… • 选择 trip.dat，然后 [OK] 进入设计优化程序 (OPT) 并指定分析文件： – Main Menu > Design Opt > -Analysis File- Assign... • 选择 trip.dat，然后 [OK] 定义速度作为设计变量： – (Design Opt >) Design Variables… • [Add…] – 选择 SPEED，然后 – Min = 1 – Max = 100 – TOLER = .001 – [OK] • [Close]
• [Add…] – 选择 Solid 和 Quad 8node 82，然后 [OK] • [Options…] – K3 = Axisymmetric – [OK]
• [Close] – Preprocessor > Material Props > Isotropic • [OK] – EX = 30e6 – DENS = 7.2e-4 – NUXY = 0.3 – [OK] (杨氏模量，单位 psi) (密度， lb-sec2/in4) (泊松比)
• 点选模型底部三线，然后 [OK]
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2A. 参数化建模 轴对称转盘
12. 加 7500 rpm的角速度载荷。ANSYS 期望弧度/秒，所以先要计算所用参数值。 – Utility Menu > Parameters > Scalar Parameters... type the following:
2A. 参数化建模 轴对称转盘
15. 下一步是将结果送入参数。我们需要最大冯密塞斯应力（将称之为 SMAX），而冯 密塞斯应力的标准差 （称为SDEV）。 首先求 SMAX：
• Stress stiffness or prestress = Prestress ON • [OK]
W-18
2A. 参数化建模 轴对称转盘
11. 加上边界条件，沿底线加对称边界条件。 – Utility Menu > Plot > Lines
– (Solution >) -Loads- Apply > Displacement > -Symmetry B.C.- On Lines
• rim_ht=0.5 • thetahub=90
• thetarim=90 • xmid=(rim_ri-hub_ro)/2 • ymid=(hub_ht+rim_ht)/2
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2A. 参数化建模 轴对称转盘
3. 为轮毂和轮缘创建矩形： – Main Menu > Preprocessor > Create > Rectangle > By 2 Corners
•
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1. 介绍性练习 旅行费用最小化
指导
1. 用系统编辑器 （Notepad 或 vi），在你的导师指定的目录下再现（或创建）文件 trip.dat 。文件中应包括如下的参数定义： – speed=100 – triptime=50/speed – mpg=50000/speed**2
– tripcost=(triptime*10)+(50/mpg)*1.079
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2A. 参数化建模 轴对称转盘
6. 过 KP 10 并以指定的端部斜率创建一样条曲线： – (Preprocessor >) Create > Splines > With OptioHale Waihona Puke Baidus > Spline thru KPs
• 按自左至右的顺序点选三关键点： – 轮毂右上部KP ， KP10，轮缘左上部的KP