ANSYS優化設計什么是優化設計所謂“最優設計”，指的是一種方案可以滿足所有的設計要求，而且所需的支出〔如重量，面積，體積，應力，費用等〕最小。設計方案的任何方面都是可以優化的，說：尺寸〔如厚度〕，形狀〔如過渡圓角的大小〕，支撐位置，制造費用，自然頻率，材料特性等。實際上，所有可以參數化的ANSYS選項都可以作優化設計。ANSYS程序提供了兩種優化的方法，這兩種方法可以處理絕大多數的優化問題。零階方法是一個很完善的處理方法，可以很有效地處理大多數的工程問題。一階方法基于目標函數對設計變量的敏感程度，因此更加適合于精確的優化分析。對于這兩種方法，ANSYS程序提供了一系列的分析——評估——修正的循環過程。就是對于初始設計進行分析，對分析結果就設計要求進行評估，然后修正設計。這一循環過程重復進行直到所有的設計要求都滿足為止。基本概念在介紹優化設計過程之前，我們先給出一些根本的定義：設計變量，狀態變量，目標函數，合理和不合理的設計，分析文件，迭代，循環，設計序列在以下的約束條件下找出如下矩形截面梁的最小重量：總應力

不超過

max[max]梁的變形不超過

max[max]梁的高度h不超過hmax[hhmax]設計變量〔DVs〕為自變量，優化結果的取得就是通過改變設計變量的數值來實現的。每個設計變量都有上下限，它定義了設計變量的變化范圍。在以上的問題里，設計變量很顯然為梁的寬度b和高度h。b和h都不可能為負值，因此其下限應為b，h>0，而且，h有上限hmax。ANSYS優化程序允許定義不超過60個設計變量。狀態變量〔SVs〕是約束設計的數值。它們是“因變量”，是設計變量的函數。狀態變量可能會有上下限，也可能只有單方面的限制，即只有上限或只有下限。在上述梁問題中，有兩個狀態變量：〔總應力〕和〔梁的位移〕。在ANSYS優化程序中用戶可以定義不超過100個狀態變量。目標函數是要盡量減小的數值。它必須是設計變量的函數，也就是說，改變設計變量的數值將改變目標函數的數值。在以上的問題中，梁的總重量應該是目標函數。在ANSYS優化程序中，只能設定一個目標函數。設計變量，狀態變量和目標函數總稱為優化變量。在ANSYS優化中，這些變量是由用戶定義的參數來指定的。用戶必須指出在參數集中哪些是設計變量，哪些是狀態變量，哪是目標函數。設計序列是指確定一個特定模型的參數的集合。一般來說，設計序列是由優化變量的數值來確定的，但所有的模型參數〔包括不是優化變量的參數〕組成了一個設計序列。分析文件是一個ANSYS的命令流輸入文件，包括一個完整的分析過程〔前處理，求解，后處理〕。它必須包含一個參數化的模型，用參數定義模型并指出設計變量，狀態變量和目標函數。由這個文件可以自動生成優化循環文件〔Jobname.LOOP〕，并在優化計算中循環處理。一次循環指一個分析周期。〔可以理解為執行一次分析文件。〕最后一次循環的輸出存儲在文件Jobname.OPT中。優化迭代〔或僅僅是迭代過程〕是產生新的設計序列的一次或屢次分析循環。一般來說，一次迭代等同于一次循環。但對于一階方法，一次迭代代表屢次循環。可行解：滿足所有給定的約束條件的設計序列和不可行解1.生成循環所用的分析文件。該文件必須包括整個分析的過程，而且必須滿足以下條件：參數化建立模型〔PREP7〕。求解〔SOLUTION〕。提取并指定狀態變量和目標函數〔POST1/POST26〕。2.在ANSYS數據庫里建立與分析文件中變量相對應的參數。這一步是標準的做法，但不是必須的〔BEGIN或OPT〕。3.進入OPT，指定分析文件〔OPT〕。4.聲明優化變量。5.選擇優化工具或優化方法。6.指定優化循環控制方式。7.進行優化分析。8.查看設計序列結果〔OPT〕和后處理〔POST1/POST26〕。優化設計的步驟共有兩種方法實現ANSYS優化設計：批處理方法和通過GUI交互式地完成。這兩種方法的選擇取決于用戶對于ANSYS程序的熟悉程度和是否習慣于圖形交互方式。第一步：生成分析文件分析文件生成是ANSYS優化設計過程中的關鍵局部。分析文件中，模型的建立必須是參數化的〔通常是優化變量為參數〕，結果也必須用參數來提取〔用于狀態變量和目標函數〕。優化設計中只能使用數值參數。建立分析文件有兩種方法：1〕用系統編輯器逐行輸入；2〕交互式地完成分析，將ANSYS的LOG文件作為根底建立分析文件。不管采用哪種方法，分析文件需要包括的內容都是一樣的。以下說明建立分析文件的步驟：參數化建立模型用設計變量作為參數建立模型的工作是在PREP7中完成的。在給出的梁的例子中，設計變量是B〔梁的寬度〕和H〔梁的高度〕，因此單元的實參是由B和H來表示的：應當防止在定義設計變量，狀態變量和目標函數時使用GUI操作，應該用可以參數化的操作來代替。求解求解器用于定義分析類型和分析選項，施加載荷，指定載荷步，完成有限元計算。分析中所用到的數據都要指出：凝聚法分析中的主自由度，非線性分析中的收斂準那么，諧波分析中的頻率范圍等。載荷和邊界條件也可以作為設計變量。參數化提取結果在本步中，提取結果并賦值給相應的參數。這些參數一般為狀態變量和目標函數。提取數據的操作用*GET命令〔UtilityMenu>Parameters>GetScalarData〕實現。通常用POST1來完本錢步操作，特別是涉及到數據的存儲，加減或其他操作。在梁的例題中，梁的總重量是目標函數。因為重量與體積成比例〔假定密度是均勻的〕，那么減小總體積就相當于減小總重量。因此可以選擇總體積為目標函數。在本例中，狀態變量選擇為總應力和位移。第二步：建立優化過程中的參數在完成了分析文件的建立以后，就可以開始優化分析了。建立數據庫參數可以選擇以下任一種方法：讀入與分析文件相聯的數據庫文件〔Jobname.DB〕。這樣可以在ANSYS中建立整個模型的數據庫。讀入數據庫文件可以用如下方法：Command:RESUMEGUI:UtilityMenu>File>ResumeJobname.dbUtilityMenu>File>Resumefrom將分析文件直接讀入ANSYS進行整個分析。這樣將重新建立整個數據庫，但對于大模型來說要消耗大量的機時。要讀入分析文件，可以選擇以下方法：GUI:UtilityMenu>File>ReadInputfromCommand:/OPTGUI:MainMenu>DesignOpt在交互方式下，用戶必須指定分析文件名。第三步：進入OPT，指定分析文件〔OPT〕第四步：聲明優化變量即指定哪些參數是設計變量，哪些參數是狀態變量，哪個參數是目標函數。允許有不超過60個設計變量和不超過100個狀態變量，但只能有一個目標函數。聲明優化變量可以用如下的方法：Command:OPVARGUI:MainMenu>DesignOpt>DesignVariablesMainMenu>DesignOpt>StateVariablesMainMenu>DesignOpt>Objective對于設計變量和狀態變量可以定義最大和最小值。目標函數不需要給定范圍。每一個變量都有一個公差值，這個公差值可以由用戶輸入。第五步：選擇優化工具或優化方法指定優化的工具和方法用以下命令：Command:OPTYPEGUI:MainMenu>DesignOpt>Method/Tool零階方法〔直接法〕：使用所有因變量〔狀態變量和目標函數〕的逼近。一階方法〔間接法〕：使用因變量的一階偏導數。此方法精度很高，尤其是在因變量變化很大，設計空間也相對較大時。用戶提供的優化方法：優化工具：單步運行：實現一次循環并求出一個FEA解。隨機搜索法：進行屢次循環，每次循環設計變量隨機變化。用戶可以指定最大循環次數和期望合理解的數目。等步長搜索法：以一個參考設計序列為起點，它按照單一步長在每次計算后將設計變量在變化范圍內加以改變。對于目標函數和狀態變量的整體變化評估可以用本工具實現。乘子計算法：最優梯度法：第六步：指定優化循環控制方式每種優化方法和工具都有相應的循環控制參數，比方最大迭代次數等。所有這些控制參數的設定都在同一個路徑下：GUI：MainMenu>DesignOpt>Method/Tool第七步：進行優化分析用以下方法開始分析：Command:OPEXEGUI:MainMenu>DesignOpt>Run第八步：查看設計序列結果列出指定序列號的參數值：Command:OPLISTGU