Ansys中文专家资料
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- 发布时间:2012-10-31
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第-章 优化设计
什么是优化设计
优化设计是-种寻找确定最优设计方案的技术。所谓最优设计”,指的是-种方案可以满足所有的设计要求,而且所需的支出(如重量,面积,体积,应力,费用等)最校也就是说,最优设计方案就是-个最有效率的方案。
设计方案的任何方面都是可以优化的,比如说:尺寸(如厚度),形状(如过渡圆角的大小),支撑位置,制造费用,自然频率,材料特性等。实际上,所有可以参数化的ANSYS选项都可以作优化设计。(关于ANSYS参数,请参看ANSYS Modeling and Meshing Guide 第十四章。)
ANSYS程序提供了两种优化的方法,这两种方法可以处理绝大多数的优化问题。零阶方法是-个很完善的处理方法,可以很有效地处理大多数的工程问题。-阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度,因此更加适合于精确的优化分析。
对于这两种方法,ANSYS程序提供了-系列的分析--评估--修正的循环过程。就是对于初始设计进行分析,对分析结果就设计要求进行评估,然后修正设计。这-循环过程重复进行直到所有的设计要求都满足为止。
除了这两种优化方法,ANSYS程序还提供了-系列的优化工具以提高优化过程的效率。例如,随机优化分析的迭代次数是可以指定的。随机计算结果的初始值可以作为优化过程的起点数值。
基本概念
在介绍优化设计过程之前,我们先给出-些基本的定义:设计变量,状态变量,目标函数,合理和不合理的设计,分析文件,迭代,循环,设计序列等。我们看以下-个典型的优化设计问题:
在以下的约束条件下找出如下矩形截面梁的最小重量:
总应力不超过max [max]
梁的变形不超过 max[max]
梁的高度h不超过h max[hhmax]
图1-1 梁的优化设计示例
设计变量(DVs)为自变量,优化结果的取得就是通过改变设计变量的数值来实现的。每个设计变量都有上下限,它定义了设计变量的变化范围。在以上的问题里,设计变量很显然为梁的宽度b和高度h。b和h都不可能为负值,因此其下限应为b,h>0,而且,h有上限h max。ANSYS优化程序允许定义不超过60个设计变量。
状态变量(SVs)是约束设计的数值。它们是因变量”,是设计变量的函数。状态变量可能会有上下限,也可能只有单方面的限制,即只有上限或只有下限。在上述梁问题中,有两个状态变量:(总应力)和(梁的位移)。在ANSY