运用ANSYSWorkbench快速优化设计.doc

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大纲:从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计供给了一个
几乎完满的方案,CAD模型需改进的设计变量可以传达到AWE环境下,而且在
DesignXplorer/VT下设定好拘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。本文将结合实质应用介绍如何使用Pro/E和ANSYS软件在AWE环境下如何
实现快速优化设计过程。
要点词:有限元分析、集成、ANSYSWorkbench
1前言
ANSYS系列软件是交融构造、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
WorkbenchEnvironment(AWE)是ANSYS企业开发的新一代前后办理环境,而且定为
于一个CAE共同平台,该环境供给了与CAD软件及设计流程高度的集成性,而且新版本
增添了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、提升产品附涨价值。
当今,对于一个制造商,产质量量关乎声誉、产品利润关乎发展,所以优化设计在产品
开发中愈来愈受重视,而且方法手段也愈来愈多。从易用性和高效性来说AWE下的
DesignXplorer/VT模块为优化设计供给了一个几乎完满的方案,CAD模型需改进的设计变
量可以传达到AWE环境下,而且在DesignXplorer/VT下设定好拘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,本文将结合实质应用介绍如何使用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必定拘束条件的前提下,经过改变某些同意改变的
设计变量,使产品的指标或性能达到最希望的目标,就是优化方法。比方,在保证构造刚强
度满足要求的前提下,经过改变某些设计变量,使构造的重量最轻最合理,这不仅使得构造
耗材上获取了节约,在运输安装方面也供给了方便,降低运输成本。再如改变电器设备各发
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热部件的安装地址,使设备箱体部温度峰值降到最低,是一个典型的自然对流散热问题的优
化实例。在实质设计与生产中,近似这样的实例不胜列举。
优化作为一种数学方法,平常是利用对分析函数求极值的方法来达到追求最优值的目
的。基于数值分析技术的CAE方法,明显不行能对我们的目标获取一个分析函数,CAE计
算所求得的结果不过一个数值。可是,样条插值技术又使CAE中的优化成为可能,多个数
值点可以利用插值技术形成一条连续的可用函数表达的曲线或曲面,这样便回到了数学意义
上的极值优化技术上来。
样条插值方法自然是种近似方法,平常不行能获取目标函数的正确曲面,但利用上一次计算
的结果再次插值获取一个新的曲面,相邻两次获取的曲面的距离会愈来愈近,当它们的距离
小到必定程度时,可以以为此时的曲面可以代表目标曲面。那么,该曲面的最小值,便可以
以为是目标最优值。以上就是CAE方法中的优化办理过程。一个典型的CAD与CAE结合
优化过程平常需要经过以下的步骤来达成:
1、参数化建模:利用CAD软件的参数化建模功能把将要参加优化的数据(设计变量)
定义为模型参数,为今后软件修正模型供给可能。
2、CAE求解:对参数化CAD模型进行加载与求解
3、后办理:拘束条件和目标函数(优化目标)提拿出来供优化办理器进行优化参数评
价。
4、优化参数议论:优化办理器依据本次循环供给的优化参数(设计变量、拘束条件、状态变量及目标函数)与上一次循环供给的优化参数作比较以后确立该次循环目标函数能否达到了最小,也许说构造能否达到了最优,假如最优,达成迭代,退出优化循环圈,不然,进行下步。
5、依据已达成的优化循环和当前优化变量的状态修正设计变量,重新投入循环。
以下图是AWE环境下数值优化的过程框图
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图1AWE环境下数值优化的过程框图
3AWE环境下优化的特色
DesignXplorer/VT是基于WorkBench平台的设计变量研究及多目标优化工具,优化设
计的主要数据办理工作由DesignXplorer/VT达成。
:DOE方法和VT技术。
A)DOE方法
DOE:DesignOfExperiments,实验设计。依据输入参数的数目,利用蒙特卡罗抽样技术,收集设计参数样点,计算每个样点的响应结果,利用二次插值函数构造设计空间的响应面或设计曲线。
B)VT技术
VT技术:完整基于单个单元解,采纳泰勒睁开以及网格变形技术获取响应面,所以,
计算时间大大减少。

A)多目标优化
实质工程需要多个优化目标,工程中需要产品的整体性能较好,而不是某一项指标最好。
产品多项指标皆趋势于最好,而不可以某项指标达到最好而忽视其他需要。比方一个部件,重
量要轻,强度又要高,加固螺栓要少,我们需要这三项优化指标的折衷与均衡。比方我们只
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关怀螺栓数X最少,但变形尺寸D不大于同意值,重量G不大于必定值,在DesignXplorer/VT
中我们可以定义好设计变量X,设计目标即是变形尺寸D、重量G的要求。
B)失散变量
失散设计变量:如孔的直径由钻头的型号决定,各型号尺寸不连续;
设计变量会集化:如型钢依照型号采纳,无连续性可言。型号一旦确立,全部的细部尺寸完整确立。同样的实例还有资料牌号。

DesignXplore供给了包含设计空间图、便览曲线、多目标优化结果、矫捷度以及蛛状
图在的多种结果显示。这些结果从不一样角度反响了设计变量与产品性能的关系,为充分认识
设计供给了有效手段。
设计空间图:设计变量与目标函数之间的关系,形成响应面或设计曲线,对失散变量有特别的显式方式。
便览曲线(HandbookCurves):当某一个设计变量取不一样的值时,另一个设计变
量在其整个变化围对设计目标的影响,该曲线反响设计变量之间的“相关性”。
?多目标优化结果:给出三个优化的候选设计,“星号”的数目指示了目标达成的程度。同
时,结果可以以动画、云图等形式输出。
矫捷度:正则化的矫捷度图表,以直方图、饼图、矫捷度曲线等方式直观显示每个设计变量在其整个变化围对设计变量的影响程度。
蛛状图:即时反响全部的设计变量在其当前值的响应,可以简单地、形象地比许多个结果参数。
一个简单的优化实例
对于很多新式产品设计在初始条件下,对于尺寸没有很多设计依照,为了达到一些技术
要求不得不在对很多参数之间的关系进行详细分析和计算,而在AWE环境下,我们可以很
轻松快速的把参数化的CAD模型导入到CAE环境下进行分析,从而由分析结果获取优化
后的尺寸方案。以下图是一个简单的水下空腔,+007Pa至
+007Pa环境下工作,设计目标是为了使其达到质量最轻同时变形量最小,设计变量为
图2所示4个尺寸参数。第一我们依照表1定义好CAD模型变量,并按初始大小在Pro/E
下建模(见图3),而后再在AWE环境下点选所需的输入参数(图4)。划分网格、设置
拘束条件和求解结果后,到DesignXplorer/VT环境下设置连续的输入变量,按默认10%变
化。
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图2水下空腔尺寸
图3Pro/E下的CAD模型
图4网格划分
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图5计算结果表1参数定义
ID
名称
最小值
最大值
初始值
种类
P1
压力
+007Pa
+007Pa
+007Pa
SurfaceLoad
P2
DS_L3


2mm
Length
P3
DS_L1


120mm
Length
P4
DS_L2


5mm
Length
P5
DS_D
135mm
165mm
150mm
Radius
图6AWE下获取CAD模型参数
变量设置达成,再运转AnsysSolusion后,可以开始定义设计目标,以下表所示:
表2设计目标定义
参数目标要求

最大变形量越小越好
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最后依据计算结果比较获取最优方案为表3
表3最优结果
5结论
本文所举水下腔体设计不过一个AWE环境下优化设计的简单应用,还有很多优化功能
没有表现出来,但可用看到CAD到CAE的无缝集成使快速优化设计成为可能,AWE环境
跟着新版本公布功能将日趋完美,其应用面将愈来愈广。可用预示的是产品优化设计将会快
速普及,并为制造企业带来丰厚效益。
作者:船舶重工企业第七一○研究所杰
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