nastran灵敏度分析与结构优化

1 DVMREL2
2 ID
3 TYPE
4 MID DVID2
5
6
7 MPMAX
8 EQID
9
10
MPNAME MPMIN DVID3 -etc.-
DESVAR DVID1
MAT1
MID ST
E SC
G SS
NU MCSID
RHO
A
THRE
GE
DVCREL1 & DVCREL2
1 DVCREL1 2 ID DIVD1 3 TYPE COEF1 4 EID DIVD2 5 6 7 CPMAX COEF3 8 C0 -etc.9 10 CPNAME CPMIN COEF2 DIVD3
DRESP1例子
节点7在Z方向的位移
1 DRESP1 2 1 3 DZ 4 DISP 5 6 7 3 8 9 7 10
101号特性组杆单元的轴应力
1 DRESP1 2 2 3 SROD 4 STRESS 5 PROD 6 7 2 8 9 101 10
定义第一阶频率
1 DRESP1 2 3 3 FREQ 4 EIGN 5 6 7 1 8 9 10
一个例子
考虑如图三杆结构，使其重量最小。
1 2 1 2 3 4 F 3
目标函数
三杆支架重量最小
约束条件
最大轴应力不超过允许应力
设计变量
三杆截面积A1, A2, A3
Section II
设计变量及其与模型特性的关联
DESVAR Property Entry Linking DV-Series Shape Basis Vectors
辅助模型AUXMODLE
F ①
②
计算模型
辅助模型
位移模式
DVBSHAP
1 DVBSHAP DVBSHAP 2 DVID 3 3 AUXMOD 1 4 COL1 1 5 SF1 0.4 6 COL2 2 7 SF2 0.6 8 COL3 9 SF3 10
DVBSHAP定义设计变量与边界形状之间的线性关系 AUXMOD是辅助模型的ID号，该模型为边界模型 COLi是辅助模型中的工况号，可以由多个工况叠加 一个设计变量可以与多个边界形状关联
设计变量定义DESVAR
1 DESVAR DESVAR 2 ID 2 3 LABEL AREA 4 XINIT 35. 5 XLB 10. 6 XUB 100. 7 DELXV 0.2 8 9 10
DESVAR卡片用于定义一个设计变量 如例，定义了一个名叫AREA的变量，初始值是35，在区 间10到100间变化，每次迭代的步长不超过20％。
DVPREL2例子
1 DVPREL2 2 11 DESVAR 3 PBARL DIVD1 4 612 DVID2 5 DIM2 DVID3 6 0.2 7 3.0 8 100 9 10
DEQATN
100
F1(X, Y, Z) = SQRT(X) + SIN(Y)/Z**3 - (X-5.)*PI(1.)
sin(DIVD2) DIM 2 = DIVD1 + − ( DIVD1 − 5 ) * π 3 DIVD3
DIM1
DIM2
TUBE
DVMREL1 & DVMREL2
1 DVMREL1 2 ID DIVD1 3 TYPE COEF1 4 MID DIVD2 5 6 7 MPMAX COEF3 8 C0 -etc.9 10 MPNAME MPMIN COEF2 DIVD3
PBARL
PID DIM1
MID DIM2
GROUP DIM3
TYPE DIM4 DIM5 -etc.NSM
PBARL 612中的DIM2域被关联成属性变量 且满足 0.2 ≤ DIM 2 ≤ 3.0 DIM 2 = VAR1*1.0
TUBE
DIM1 DIM2
DVPREL1例子2
1 DVPREL1 2 12 1 3 PCOMP 1. 4 2 2 5 THETA1 0.5 6 -90. 7 90. 8 30. 9 10
Section III
约束条件设计
Design Response DCONSTR & DCONADD Normalized Constraints Constraints Deletion & Regionalization Active & Violated Constraints
判别设计响应DRESP1
1 DVCREL2
2 ID
3 TYPE
4 EID DVID2
5
6
7 CPMAX
8 EQID
9
10
CPNAME CPMIN DVID3 -etc.-
DESVAR DVID1
CQUAD4
EID
PID TFLAG
G1 T1
G2 T2
G3 T3
G4 T4
THETA
ZOFFS
DVGRID
1 DVGRID DVGRID 2 DVID 3 3 GID 111 4 CID 0 5 COEFF 0.2 6 N1 6. 7 N2 4. 8 N3 7. 9 10
2 DVID 2
3 COL1 1
4 SF1 3.0
5 COL2 4
6 SF2 1.0
7 COL3
8 SF3
9
10
DVSHAP定义设计变量与一个位移矩阵中矢量的线性关系 COLi用于引用位移模式 位移模式矩阵由Nastran辅助模型生成 ASSIGN和DBLOCATE应置于文件管理段，表示数据模块 UG, GEOM1, GEOM2被定位并被重命名为*-D
文件管理段 执行控制段 工况控制段
数据模型段
BULK卡片
1 GRID GRID 2 ID 2 3 CP 3 4 X1 1.0 5 X2 -2.0 6 X3 3.0 7 CD 0 8 PS 136 9 SEID 1 10
BULK DATA部分，从行首起，每8个字符位置组成一个域 每一行只能有10个域，每个域只能填写一项内容 相对独立的若干行构成一张卡片 每行的首域为该卡片的名称，末域用于续行，通常不书写 本节中的卡片都采用上述表格形式编排，黑色是对卡片各 域的说明，粉红色表示的是关于该卡片的例子
基本优化问题的数学描述
minimize F x
()
,m ,p ,n
目标函数
subject to gi x ≤ 0, i = 1, 2,
j
() h ( x ) = 0, j = 1, 2,
, xn }
不等约束 等式约束 边界约束 设计变量
xil ≤ xi ≤ xih , i = 1, 2, where x = { x1 , x2 ,
灵敏度分析 与 结构优化
Based & Centralized on MSC.Nastran Basic Disciplines Formal Approximation First-hand Instances Suggestions & Advices
主要内容
基础知识 设计变量及其与特性的关联 约束条件设计 优化函数计算 结果输出 一些例子 进一步讨论
PCOMP
PID MID1 MID3
Z0 T1 T3
NSM THETA1 THETA3
SB SOUT1 SOUT3
FT MID2 -etc.-
GREF T2
GE THETA2
LAM SOUT2
复合材料第一层的铺层角THETA1被关联成变量 THETA1∈ ( −90.,90.) THETA1 = 30+VAR1*1.0+VAR2*0.5
DEQATN
100
MAG(X, Y, Z) = SQRT(X**2 + Y**2 +Z**2)
判别设计响应
PID1
EID1
EID2
ANALYSIS DESOBJ DESGLB SOL 200
文件管理段 执行控制段 CEND 工况控制段 BEGIN BULK
DESVAR DVPREL1 DRESP1 DCONSTR
模型数据段
ENDDATA
ASSIGN DISPMAT=‘abc.MASTER’ ID ABC, HELLO WORLD! SOL 200 CEND TITLE = STATIC ANALYSIS… SPC = 1 ANALYSIS = STATICS DESOBJ = 15 DISP=all LOAD = 1 DESSUB = 100 BEGIN BULK PARAM,CHECKOUT,YES GRID, 1, , 0.0, 0.0, 0.0 ... CQUAD4, 1, 1, 10000, 10001, 10101, 10100 ... MAT1, 1, 1.0E+7, , 0.33, 0.283 ... FORCE, 1, 10004, , 2000.0, 1.0, 0.0, 0.0 ... ENDDATA
DRESP2
1 DRESP1 DRESP1 DRESP1 DRESP2 2 11 12 13 ID DRESP1 DRESP2 20 DRESP1 3 DISP1 DISP2 DISP3 LABEL NR1 MAG 11 4 DISP DISP DISP EQID NR2 100 12 13 REGION METHOD NR3 -etc.5 6 7 1 2 3 C1 C1 8 9 101 101 101 C3 10
j y i z o x
DVSHAP
ASSIGN DBLOCATE DISPMAT=‘physical filename of MASTER DBset’ DATABLK=(UG/UGD, GEOM1/GEOM1D, GEOM2/GEOM2D), LOGICAL=DISPMAT
1 DVSHAP DVSHAP
DVPREL1将属性PID中的FID域关联为变量 且满足以下关系式: PMIN ≤ DPi ≤ PMAX DPi = C 0 + ∑ COEFi * DVIDi
i
DVPREL1例子
1 DVPREL1 2 11 1 3 PBARL 1. 4 612 5 DIM2 6 0.2 7 3.0 8 0. 9 10
Section I
基础wenku.baidu.com识
BDF Files Bulk Data Definition Basic Concepts on Optimization An Example Model
BDF文件
Nastran是一款有限元计算 软件，用于结构分析等 BDF是Nastran的输入文件, 包含了所有控制信息和模型 信息 Nastran的结构优化功能通 过修改BDF文件来实现
设计变量与特性关系的 定义DVPREL2
1 DVPREL2 2 ID DESVAR 3 TYPE DIVD1 4 PID DVID2 5 FID DVID3 6 PMIN -etc.7 PMAX 8 EQID 9 10
DEQATN
EQID
EQUATION EQUATION (Cont.)
DVPREL2格式与DVPREL1相似 DVPREL2是二级关联，支持复杂的函数计算 EQID域是引用公式DEQATN的ID号 DIVDi是DESVAR定义的变量，用作公式DEQATN的参数
DVGRID定义设计变量与节点位置之间的关系 DVID是设计变量的ID号 一个节点可被多个方向向量定义，关系是矢量叠加
⎧ΔGx ⎫ ⎛ ⎧ N1 ⎫ ⎞ ⎪ ⎪ ⎜ ⎪ ⎪⎟ ΔG y ⎬ = ⎜ COEFF * ⎨ N 2 ⎬ ⎟ * ΔxDVID ⎨ ⎪ ⎪ ⎪N 3⎪ ⎟ ΔGz ⎭ ⎜ ⎩ ⎭⎠ ⎝ ⎩
1 DRESP1 2 ID ATT2 3 LABEL -etc.4 RTYPE 5 PTYPE 6 REGION 7 ATTA 8 ATTB 9 ATT1 10
响应是指载荷作用下结构的应力应变等物理量 DRESP1定义一个判别设计响应 RTYPE为响应类型(WEIGHT,EIGN,STRESS等) PTYPE是单元特性名(PBAR,PSHELL等) REGION用以筛选约束条件
BNDGRID
1 BNDGRID BNDGRID 2 C 123 3 GP1 41 4 GP2 42 5 GP3 43 6 GP4 44 7 GP5 8 GP6 9 -etc.10
BNDGRID定义若干个边界节点 边界节点内部的形变通过插值实现 一个边界节点可以指定某几个分量作为边界 所有固定或自由的边界节点，都需要定义 对同一个节点而言，BNDGRID卡片可叠加
变量特性关联
PID1
EID1
EID2
…
PID2 EIDn … DESVAR DVPREL1,2 PIDm
设计变量与特性关系的 定义DVPREL1
1 DVPREL1 2 ID DVID1 3 TYPE COEF1 4 PID DVID2 5 FID COEF2 6 PMIN -etc.7 PMAX 8 C0 9 10