ANSYS機械優化設計演講人：日期:目錄CATALOGUE02.優化設計流程04.關鍵技術實現05.典型應用案例01.03.常用分析模塊06.實施要點總結優化設計概述01優化設計概述PARTANSYS基礎功能定位結構分析熱分析流體動力學分析電磁場分析ANSYS可以進行靜力學和動力學分析，包括線性、非線性、模態、瞬態等分析方法。ANSYS可以模擬熱傳導、熱輻射和對流等熱傳遞過程，用于熱設計和熱應力分析。ANSYS可以模擬流體流動和流體-固體相互作用，包括CFD（計算流體動力學）分析和多物理場耦合分析。ANSYS可以進行電磁場分析和電磁兼容性分析，包括電磁感應、靜電場、磁場等。機械優化設計定義優化設計目標約束條件優化變量優化算法機械優化設計旨在尋找最優的設計參數，以最大化或最小化某個或多個目標函數。優化設計中的變量可以是幾何參數、材料屬性、載荷和邊界條件等。優化設計必須滿足設計規范和限制條件，如強度、剛度、穩定性、重量等。優化設計算法包括數學規劃算法、智能優化算法等，用于尋找最優解。航空航天領域優化設計在航空航天領域有廣泛應用，如機翼形狀優化、火箭發動機性能優化等。汽車工程領域優化設計在汽車工程領域可用于車身結構優化、發動機性能優化等方面。機械設計領域優化設計在機械設計領域可用于齒輪、軸承等零部件的結構優化和性能提升。電子工程領域優化設計在電子工程領域可用于電路板設計、散熱設計等方面。工程應用場景分類02優化設計流程PART問題定義與目標設定明確設計目標，識別需要優化的機械系統或組件。識別設計問題根據實際需求，確定優化的性能指標，如重量、強度、剛度、運動學特性等。設定優化目標找出影響目標性能的關鍵參數，作為設計變量進行優化。確定設計變量參數化模型建立幾何參數化將設計變量轉化為幾何參數，建立幾何模型。01物理參數化基于幾何模型，設置材料屬性、載荷、邊界條件等物理參數。02仿真模型建立利用ANSYS等仿真軟件，建立有限元分析模型。03約束條件與變量設置約束條件與變量關聯將約束條件與設計變量相關聯，確保在優化過程中始終滿足約束條件。03為設計變量設定合理的取值范圍，確保優化結果在實際應用中的可行性。02變量范圍設定約束條件定義明確設計過程中需要滿足的限制條件，如尺寸、強度、剛度等。0103常用分析模塊PART靜力學結構優化線性靜力學分析拓撲優化形狀優化尺寸優化通過節點位移和單元應力等方法，評估結構在靜態載荷下的強度和剛度。基于材料分布優化技術，確定結構的最佳材料分布，提高結構效率。通過優化結構形狀參數，如厚度、截面尺寸等，使結構更加合理。通過改變結構的尺寸參數，如長、寬、高等，優化結構的整體性能。模態分析確定結構的固有頻率和振型，評估結構在動態載荷下的響應特性。頻率響應分析計算結構在特定頻率范圍內的響應，識別結構的共振點和敏感區域。瞬態動力學分析模擬結構在隨時間變化的載荷下的動態響應，如沖擊、振動等。響應譜分析將模態分析結果與已知譜結合，評估結構在隨機載荷下的響應。動力學響應優化熱力學耦合優化熱傳導分析計算結構內部的溫度分布，評估結構的熱傳導性能。熱應力分析考慮溫度對結構應力的影響，計算結構在溫度變化時的應力分布。熱-結構耦合分析同時考慮熱傳導和結構變形的影響，評估結構在高溫環境下的性能。熱-流體耦合分析考慮流體對結構溫度的影響，如熱交換器、冷卻系統等。04關鍵技術實現PART拓撲優化算法通過材料密度分布優化，尋求結構最佳拓撲形式。密度法采用高維函數表示結構邊界，通過函數演化實現結構拓撲優化。水平集法通過逐步刪除低效材料，實現結構拓撲優化。漸進結構優化法形狀優化策略形狀靈敏度分析通過計算形狀參數對結構性能的影響，確定優化方向。03采用無網格或網格變形技術，實現結構形狀的自由調整。02自由形狀優化幾何參數優化通過調整結構幾何參數（如截面尺寸、厚度等）提高結構性能。01參數敏感性分析局部敏感性分析通過計算目標函數對設計變量的導數，評估設計變量的影響程度。01全局敏感性分析通過遍歷設計空間，評估設計變量對目標函數的全局影響。02敏感性篩選篩選出對目標函數影響較大的設計變量，以提高優化效率。0305典型應用案例PART汽車零部件輕量化拓撲優化形狀優化復合材料應用疲勞壽命預測通過ANSYS拓撲優化技術，對汽車零部件進行材料分布優化，實現輕量化設計。利用ANSYS形狀優化功能，對汽車零部件的幾何形狀進行優化，減輕重量并提高結構強度。采用ANSYS復合材料仿真分析，優化復合材料的鋪層設計，進一步減輕汽車重量。利用ANSYS疲勞分析功能，評估輕量化設計對汽車零部件疲勞壽命的影響。通過ANSYS結構優化技術，對航空航天結構進行精細設計，提高結構強度和剛度。利用ANSYS振動分析功能，評估航空航天結構在動態載荷作用下的響應，避免共振導致的結構破壞。采用ANSYS強度分析功能，對航空航天結構進行極限載荷和疲勞載荷下的強度校核，確保結構安全性。利用ANSYS損傷容限分析功能，評估航空航天結構在出現損傷后的剩余強度和壽命。航空航天結構強化結構優化振動分析強度校核損傷容限分析通過ANSYS流體動力學分析功能，優化能源機械內部的流體流動，提高能源轉換效率。流體動力學分析采用ANSYS電磁場分析功能，對能源機械中的電磁設備進行仿真分析，優化電磁場分布，提高設備性能。電磁場分析利用ANSYS結構熱力學分析功能，評估能源機械在高溫或低溫環境下的性能，確保設備穩定運行。結構熱力學分析010302能源機械性能提升利用ANSYS多物理場耦合分析功能，綜合考慮流體、熱、結構、電磁等多物理場相互作用，全面提升能源機械的性能和穩定性。多物理場耦合分析0406實施要點總結PART數據準確性保障確保輸入數據的準確性和完整性，包括材料屬性、幾何尺寸、邊界條件等。數據來源采用高效的數據清洗和轉換技術，提高數據質量和可信度。數據處理建立完善的數據管理制度，確保數據在整個優化設計過程中的一致性和可追溯性。數據管理多學科協同優化協同策略制定多學科協同優化的策略，包括各學科之間的信息交換和迭代流程。01多學科建模建立多學科的設計模型，綜合考慮結構、熱、流體、電磁等學科的相互影響。02協同平臺利用先進的協同優化平臺，實現多學科之間的無縫連接和數據共享