ansys优化方法简介以及实例
拓扑优化理论及在ANSYS软件中的实现
一．拓扑优化概论：
连续体结构的拓扑优化设计是继结构的尺寸优化设计和形状优化设计之后，在结构优化领域出现的一种富有挑战性的研究方向，它是一种比尺寸优化和形状优化更高层次的优化方法，也是结构优化问题中最为复杂的一类问题。拓扑优化处于结构的概念设计阶段，其优化结果是一切后续设计的基础。因而在初始设计阶段需要确定结构的最佳拓扑形式。拓扑优化的目的是寻求结构的刚度在设计空间最佳的分布形式，或在设计域空间需求结构最佳的传力路线，以优化结构的某些性能或减轻结构的重量。
目前对于拓扑优化的研究主要集中在以下几个方面：
结构拓扑描述方式和材料插值模型；
拓扑优化中结构拓扑描述方式和材料的插值模型非常重要，是一切后续拓扑优化工作的基础。常用的拓扑描述方式和材料插值模型有均匀化方法、密度法、变厚度法和拓扑函数描述法等。拓扑优化求解数值算法，新型优化算法在拓扑优化中的应用；
拓扑优化的数值计算方法主要包括有限元法和无网格法，基于成熟的有限元理论的拓扑优化格式简单，便于实现，但在优化过程中常因网格的重分和细化导致计算困难，结构中常出现中间密度材料、棋盘格现象和网格依赖性等问题。无网格法是今年发展的一种新型数值求解技术，摆脱了有限元繁琐的网格生成过程，从理论上看比有限元法拥有更广阔的应用前景，但目前尚处于发展和完善中。
拓扑优化的特点是：设计变量多，计算规模大，目标函数和约束函数一般为设计变量的非线性、非单调函数。目前应用于连续体结构拓扑优化计算的优化算法主要包括两类：优化准则法和序列凸规划法。
去除优化过程中数值计算不稳定的方法，优化结果的提取和重构；
拓扑优化中经常出现的数值计算问题有：多孔材料、棋盘格现象、网格依赖性和局部极值问题。优化结果的提取和应用主要考虑的是如何将优化的结果转化为可用的CAD模型问题，实现CAE和CAD之间的数据共享和交流。
随着拓扑优化理论研究的不断深入，拓扑优化在航空和汽车领域已开始得到初步的应用，主要是通过拓扑优化获得结构的最初拓扑形式，并在最初拓扑形式的基础上进行相关的后续优化设计。解决的问题范围包括：线弹性静态结构优化问题、动力优化问题及非线性等复杂情况下的优化问题。
二．ANSYS中拓扑优化相关理论及应用：
ANSYS中拓扑优化技术采用的是均匀化方法，具有优化准则法和序列凸规划两种优化算法。1．均匀化方法:
均匀化方法是一种经典的拓扑优化方法，有着严密的数学和力学理论基础。连续体结构拓扑优化的均匀化方法（Homogenization Method for Optimization）是Bendsoe等人于1988年提出的。其基本思想是：在组成拓扑结构的材料中引入细观结构，以宏观解结构单元模型对设计区域进行有限元离散划分，用周期性细观结构来描述宏观单元，优化过程中以细观结构的几何尺寸作为设计变量，把弹性模量、材料密度等参量表示成细观结构几何尺寸变量的函数。以细观结构的消长实现材料的增减。并产生介于由中间尺寸细观结构组成的复合材料，从而实现结构拓扑优化模型与尺寸优化模型的统一。它将复杂的拓扑优化问题挂靠在低层次的尺寸优化变量问题上来求解，但求解过程中均匀化弹性张量计算非常复杂，且微单元的最佳形状和方向难以确定，结构响应函数的密度求解复杂，优化变量过多，计算效率低等缺点，主要用于拓扑优化理论方面的研究。
2．优化算法：
目前应用于连续体结构拓扑优化计算的优化算法主要包括两类：优化准则法和序列凸规划法。
优化准则法收敛速度快，计算过程不使用导数信息，但其一般适用于单约束条件下的问题优化，且不同的优化问题需要推导不同的优化准则。序列凸规划算法包括序列线性规划方法、序列二次规划算法以及移动近似算法，其中移动近似算法（MMA）是目前使用最为广泛的算法之一，能够广泛应用于多约束情况，其计算过程中要使用前一步或多步的计算信息。
3．应用：
ANSYS中的拓扑优化工具可用来解决以下问题：
（1）体积约束下的最大刚度设计：以柔顺度为目标函数，体积为约束函数；
（2）刚度约束下的最小体积优化：以体积为目标函数，刚度为约束函数；
（3）体积约束下的最大动刚度设计：以n阶自振频率为目标函数,体积为约束函数；（4）以上多种工况的组合优化问题；
形状优化实例
FINISH
/CLEAR,START
/TRIAD,OFF !关闭整体直角坐标系的三角符号
H=1000 !设置比例尺，采用iso
TK16=6.35/H !设置参数变量并附初值
TK27=6,35/H
TK38=6.35/H
TK49=6.35/H
TK50=4/H
/PREP7
ET,1,PLANE42
MP,EX,1,6.89E10
MP,NUXY,1,0.3
K,1
K,5,254/H
KFILL! 在第1至第5个关键点之间生成2,3,4关键点
K,6,,TK16
K,7,63.5/H,TK27
K,8,127/H,TK38
K,9,190.5/H,TK49
K,10,254/H,TK50
SPLINE,6,7,8,9,10
L,1,6
*REPEAT,5,1,1 !重复l命令，关键点编号自动加1，分别在2,7、3,8、4,9、5,10之间共生成4条线其中包含了、命令已生成的线，共5条
LSEL,S,LINE,,5,9 !选择上述生成的5条线
LESIZE,ALL,,,1 !指定线在划分网格前的等分数为1
LSEL,ALL
A,1,2,7,6
*REPEAT,4,1,1,1,1 !重复上述命令，共生成4个面
ESIZE,,4
AMESH,ALL
FINISH
/SOLU
NSEL,S,LOC,Y
DSYM,SYMM,X !对选择的节点施加x方向的对称约束
NSEL,S,LOC,X
DSYM,ASYM,Y !对选择的节点施加x方向的反对称约束
NSEL,ALL
FK,10,FX,66725*4 !在10号关键点施加集中载荷，实现弯矩
DK,1,ALL,0 !在1号关键点施加全约束
SOLVE
FINISH
/POST
SET,LAST
ETABLE,EVOL,VOLU !建立单元表，并取出每个单元的体积
PRNSOL,S,PRIN !列出节点的主应力
NSORT,S,1
NSEL,U,LOC,X,0,230/H !选择介于0到230/H的节点
*GET,STRS,SORT,,MAX !取出最大的应力值并赋给strs
NSEL,ALL
SSUM !体积相加
*GET,VTOT,SSUM,,ITEM,VOLU !取出结构总体积
TVOL=TVOL*2 !由于分析时只计算了结构的一半，总体积要乘2
NSEL,U,LOC,X,250/H,265/H !选择介于250/H到265/H的节点
PRNSOL,U,Y !列表显示出所选节点在y向的位移值
NSORT,U,Y,,1 !位移值升序排列
PRNSOL,U,Y !列出排序后的结果
*GET,DEFL,SORT,,MAX !取出最大的位移值赋给defl
*STATUS,PARM !显示当前参数变量的状态值
DEFL=ABS(DEFL)
DIF1=TK16-TK27 !设置参数值，以保证曲线的光滑性
DIF2=TK27-TK38
DIF3=TK38-TK49
FINISH
/OPT
opanl,SCRATCH !指定分析文件
opvar,TVOL,Obj,,,1/H !定义优化目标函数,收敛误差为1 opvar,STRS,sv,,206E6 ! 定义状态变量即优化过程的约束条件opvar,DEFL,sv,,12.5/H
opvar,DIF1,sv,,1/H
opvar,DIF2,sv,,1/H
opvar,DIF3,sv,,1/H
opvar,TK16,dv,4/H,7/H !定义第一个设计变量及其变化范围opvar,TK27,dv,4/H,7/H
opvar,TK38,dv,4/H,7/H
opvar,TK4,9dv,4/H,7/H
opsave,INITIAL,opt !保存所有的优化数据到文件optp里
optype,SUBP !设置优化方式,子问题逼近算法OPSUBP,30 !指定迭代次数
opexe ! 执行优化
PARSAV,,RSET1 !将参数的值输出到文件中且文件名为rset1
oplist,all,,1 !列表显示所有序列
/AXLAB,Y,TVOL !设置曲线输出时y轴的说明
plvaropt,TVOL !绘图显示目标函数随优化次数的变化规律FINISH
/POST1
PLNSOL,U,SUM,0,1 !显示结构在优化后的总位移分布
PLNSOL,S,EQV,0,1 !显示结构在优化后的应力分布
FINISH
尺寸优化实例
FINISH
/CLEAR,START
/TRIAD,OFF !关闭整体直角坐标系的三角符号
!CREATE,HEXPLATE生成一个宏文件，名为hexplate
*AFUN,DEG !设置三角函数的角度单位为°
INRAD=200*COS(30)-20 !指定内半径
TI=30 !壁厚
FIL=10 !倒角半径
/PREP7
CYL4,-200,,INRAD,-30,INRAD+T1,30 !生成3个部分圆环面
CYL4,200*COS(60),200*SIN(60),INRAD,-90,INRAD+T1,150
CYL4,200*COS(60),200*SIN(-60),INRAD,90,INRAD+T1,150
AADD,ALL !面相加
ADELE,ALL !仅删除面，线保留
LSEL,,RADIUS,,INRAD+T1 !选择零件内控的线
L1=LSNEXT(0) !得到编号最小的线的编号
L2=LSNEXT(L1) !得到下一个编号最小的线的编号
L3=LSNEXT(L2)
LFILLET,L1,L2,FIL !对内控的线进行倒角
LFILLET,L2,L3,FIL
LFILLET,L3,L1,FIL
LSEL,AL !选择所有的线
WPROT,,90
LSBW,ALL !所有线由工作平面分割
WPROT,,,60
LSBW,ALL
CSYS,1 !设置坐标系为柱坐标系
LSEL,U,LOC,Y,0,60 !选择介于0到60°范围之外的所有线
LDELE,ALL,,,1 !删除所选择的线
LSEL,ALL !选择所有的线
KSLL !选择依附线上的关键点
KSEL,INVE !选择不依附于线的关键点
KDELE,ALL !删除不依附于线的关键点
KSEL,ALL !选择所有的关键点
CSYS,0 !设置坐标系为整体坐标系
KSEL,,LOC,Y,0 !选择y=0的关键点
LSTR,KPNEXT(0),KPNEXT(KPNEXT(0)) !对选择的关键点进行连线，即生成底线KSEL,ALL
CSYS,1
KSEL,,LOC,Y,60 !选择theta=60°的关键点
LSTR,KPNEXT(0).KPNEXT(KPNEXT(0)) !由选择的关键点生成线，即左侧边线KSEL,ALL
LSEL,,LOC,X,100 !选择x=100的线
LCOMB,ALL !所选择的线相加生成一条线，即右侧边线
LSEL,ALL
AL,ALL !由所有线生成面
APLOT
ET,1,82,,,3 !设置单元为plan82，且为带厚度的平面应力问题
R,1,10 !
MP,EX,1,2.07E5 !
MP,NUXY,1,0.3 !
SMART,3 !设为智能划分方式
AMESH,ALL !
FINISH !
/SOLU
CSYS,1 !设为柱坐标系
LSEL,U,LOC,Y,1,59 !选择介于0到60°范围之外的所有线，即左侧边线和底边线DL,ALL,,SYMM !对选择的线施加对称约束
CSYS,0
LSEL,,LOC,X,100
SFL,ALL,PRES,-50 !对选择的线施加面力，即在右侧边线上施加
LSEL,ALL !
EQSLV,PCG !选择求解器为pcg
SOLVE
WPSTYLE,,,,,,,,0 !关闭工作平面
FINISH
/POST1
PLNSOL,S,EQV !显示应力分布图
/DSCALE,,OFF !奖比例显示关闭
/EXPAND,6,POLAR,HALF,,60!对模型进行对称扩展
/EXPAND
NSORT,S,EQV !对节点的Mises应力值进行排序
*GET,SMAX,SORT,,MAX !取出最大的应力值
ETABLE,EVOL,VOLU !建立单元表，并取出每个单元的体积
SSUM !体积相加
*GET,VTOT,SSUM,,ITEM,EVOL !取出结构总体积
FINISH
!*END 完成宏文件的生成
!*USE,HEXPLATE运行宏文件
/opt !进入优化处理器
opanl,HEXPLATE !指定分析文件
opvar,t1,dv,20.5,40 !定义第一个设计变量及其变化范围
opvar,t2,dv,5,15 !
opvar,smax,sv,,150 ! 定义状态变量smax《150
opvar,,ovtot,Obj,,,1 !定义优化目标函数,收敛误差为1
optype,SUBP !设置优化方式,子问题逼近算法
opsave,ANFILE,opt !保存所有的优化数据到文件optp里
opexe ! 执行优化
oplist,all,,,1 !列表显示所有序列
plvaropt,t1,FIL !绘图显示设计变量t1随优化次数的变化规律plvaropt,smax !绘图显示状态变量smax随优化次数的变化规律plvaropt,VTOT
FINISH
B=1000
A1=50
A2=50
A3=50
A4=50
A5=50
A6=50
A7=50
A8=50
A9=50
A10=50
/PREP7
ET,1,1
R,1,A1
R,2,A2
R,3,A3
R,4,A4
R,5,A5
R,6,A6
R,7,A7
R,8,A8
R,9,A9
R,10,A10
MP,EX,1,2.1E5
N,1,0,0,0
N,2,B,0,0
N,3,2*B,0,0
N,4,2*B,B,0
N,5,B,B
N,6,0,B
REAL,1
E,6,5
REAL,2
E,5,4
REAL,3
E,1,2
REAL,4
E,2,3
REAL,5
E,2,5
REAL,6
E,3,4
REAL,7
E,2,6
REAL,8
E,1,5
REAL,9
E,3,5
REAL,10
E,2,4
FINISH
/SOLU
ANTYPE,STATICS
D,1,ALL !结点自由度=0
D,6,ALL
F,2,FY,-4000 !结点2上的y向分量-4000 F,3,FY,-4000
SOLVE
FINISH
/POST1
SET,LAST
ETABLE,EVOL,VOLU !将每个单元的体积放入etable
SSUM !将单元表格内数据求和
*GET,VTOT,SSUM,,ITEM,EVOL !vtot=总体积
RHO=7.85E-6
WT=RHO*VTOT !计算总体积
ETABLE,SIG,LS,1 !将轴向应力放入etable
*GET,SIG1,ELEM,1,ETAB,SIG !sig1=第一个单元的轴向应力*GET,SIG2,ELEM,2,ETAB,SIG !sig1=第二个单元的轴向应力*GET,SIG3,ELEM,3,ETAB,SIG
*GET,SIG4,ELEM,4,ETAB,SIG
*GET,SIG5,ELEM,5,ETAB,SIG
*GET,SIG6,ELEM,6,ETAB,SIG
*GET,SIG7,ELEM,7,ETAB,SIG
*GET,SIG8,ELEM,8,ETAB,SIG
*GET,SIG9,ELEM,9,ETAB,SIG
*GET,SIG10,ELEM,10,ETAB,SIG
SIG1=ABS(SIG1) !计算轴向应力的绝对值
SIG2=ABS(SIG2)
SIG3=ABS(SIG3)
SIG4=ABS(SIG4)
SIG5=ABS(SIG5)
SIG6=ABS(SIG6)
SIG7=ABS(SIG7)
SIG8=ABS(SIG8)
SIG9=ABS(SIG9)
SIG10=ABS(SIG10)
FINI
/OPT
OPANL,TRUSS,lgw !指定分析文件
OPVAR,A1,DV,0,100 !定义设计变量
OPVAR,A2,DV,0,100
OPVAR,A3,DV,0,100
OPVAR,A4,DV,0,100
OPVAR,A5,DV,0,100
OPVAR,A6,DV,0,100
OPVAR,A7,DV,0,100
OPVAR,A8,DV,0,100
OPVAR,A9,DV,0,100
OPVAR,A10,DV,0,100
OPVAR,SIG1,SV,,200 !定义状态变量
OPVAR,SIG2,SV,,200
OPVAR,SIG3,SV,,200
OPVAR,SIG4,SV,,200
OPVAR,SIG5,SV,,200
OPVAR,SIG6,SV,,200
OPVAR,SIG7,SV,,200
OPVAR,SIG8,SV,,200
OPVAR,SIG9,SV,,200
OPVAR,SIG10,SV,,200
OPSAVE,TRUSSVAR,OPT !存储数据
OPVAR,WT,OBJ !定义目标函数
OPTYPE,FIRST !定义一阶方法
OPFRST,4 !最大4次迭代
OPEXE !开始优化分析
OPLIST,ALL !列出所有设计序列或oplist，16列出最佳设计序列，序号为16
/AXLAB,X,ITERATION NUMBER !画重量对迭代次数的图形
/AXLAB,Y,Total Weight
PLVAROPT,WT
FINISH
/VIEW,1,1,1,1 !轴侧视图
EPLOT !画单元
利用ansys APDL进行优化设计的例子
利用ansys APDL进行优化设计的例子 一、问题描述： 二、分析文件的APDL语句及注释：（可把该文件拷贝到一个文本文件，作为ansys的分析文件。） !第一步，初始化ANSYS系统环境 FINISH /CLEAR /filename,BeamOpt !第二步，定义参数化设计变量 B=1.4 !初始化宽度 H=3.8 !初始化高度 !第三步，利用参数创建有限元模型 /PREP7 !进入前处理 ET,1,BEAM3 !定义单元类型为BEAM3 AREA=B*H !梁的截面积
IZZ=(B*(H**3))/12 !绕Z轴的转动惯量 R,1,AREA,IZZ,H !定义单元实常数，以设计变量表示MP,EX,1,30E6 !定义材料性质 MP,PRXY,1,0.3 N,1 !创建节点1 N,11,120 !创建节点11 FILL E,1,2 EGEN,10,1,-1 !复制单元 FINISH !退出前处理 !第四步，执行求解 /SOLU ANTYPE,STATIC D,1,UX,0,,11,10,UY SFBEAM,ALL,1,PRES,20 !施加压力（单位长度上的负荷）=20 SOLVE FINISH !第五步，进入后处理并创建状态变量与目标变量 /POST1 SET,,,, NSORT,U,Y !以Uy为基准对节点排序 *GET,DMAX,SORT,,MAX !参数DMAX=最大位移ETABLE,VOLU,VOLU !VOLU=每个单元的体积ETABLE,SMAX_I,NMISC,1 !每个单元I节点处应力的最大值ETABLE,SMAX_J,NMISC,3 !每个单元J节点处应力的最大值
基于ANSYS的结构优化设计有限元分析.
基于ANSYS 的结构优化设计有限元分析 收稿日期:2004211213 作者简介:郝金伟(19752,男,后勤工程学院结构工程专业在读硕士研究生,重庆400016 闫奕任(19752,男,1998年毕业于后勤工程学院营房工程专业,沈阳军区联勤部营房部,辽宁沈阳110005蒋懋(19752,男,后勤工程学院在读硕士研究生,讲师,后勤工程学院军事建筑工程系,重庆400016 郝金伟闫奕任蒋懋 摘要:为验证ANSYS 对结构优化设计的有效性,从理论上说明了结构优化设计的数学过程,介绍了ANSYS 优化的相
关概念、过程,结合某设计优化实例,为使用者提供了一套系统的思维模式,创造了良好的条件和方法。关键词:结构,优化设计,有限元分析中图分类号:TU318.1文献标识码:A 引言 据统计,与传统设计相比,采用优化设计可以使土建工程降低造价5%~30%[1]。自1973年Z ienkiewicz 利用有限元法做结构分析,Braibant 利用节点坐标为设计变 量做有限元分析以来,随 着计算机和有限元软件的发展,用计算机手段实现结构优化设计再度引起了工程师和研究者们的极大兴趣。大型通用有限元软件ANSYS 不仅可以做一般结构应力分析、动态系统模拟、热传导分析和磁场分析,也可以用来做优化设计。ANSYS 提供了两种优化方法:零阶方法是一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;一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 提供了一系列的分析→评估→修正的循环过程,即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,这一循环过程重复进行,直到所有的设计要求都满足为止。 1结构优化设计 1.1结构优化设计的数学过程 最优结构方案可以包括很多方面:可求出结构最好的几何形状;可选择各种构件尺寸使结构的造价最低;若构件本身的形状允许改变,也可选择构件的最好形状;若几何形状已定,则可以适当选取截面,使结构总重量最轻。结构优化设计具有如下特点: 1无论是以重量或造价为目标函数,其函数式中的各项系数均为正值,且目标函数值恒大于零,多为取极小化问题。2设计变量总是不小于零。3在数学模型中可以避免等式约束条件,它通常由结构分析来代替,因此约束条件多为不等式,约束函数一般是连续可导和非线性的。4最优解一定位于可行域的边界上,而不在可行域的内部。5设计变量多,约束条件多,且约束函数多为隐函数。
最新ansys 优化设计(含几个实例)资料
ANSYS 优化设计 1.认识ANSYS优化模块 1.1 什么时候我需要它的帮忙? 什么是ANSYS优化？我想说明一个例子要比我在这里对你絮叨半天容易理解的多。 注意过普通的水杯吗？底面圆圆的，上面加盖的哪一种。仔细观察一下，你会发现比较老式的此类水杯有一个共同特点：底面直径＝水杯高度。 图1 水杯的简化模型 为什么是这样呢？因为只有满足这个条件，才能在原料耗费最少的情况下使杯子的容积最大。在材料一定的情况下，如果水杯的底面积大，其高度必然就要小；如果高度变大了，底面积又大不了，如何调和这两者之间的矛盾？其实这恰恰就反应了一个完整的优化过程。 在这里，一个水杯的材料是一定的，所要优化的变量就是杯子底面的半径r和杯子的高度h，在ANSYS的优化模块里面把这些需要优化的变量叫做设计变量（DV）；优化的目标是要使整个水杯的容积最大，这个目标在ANSYS的优化过程里叫目标函数（OBJ）；再者，对设计变量的优化有一定的限制条件，比如说整个杯子的材料不变，这些限制条件在ANSYS 的优化模块中用状态变量（SV）来控制。下面我们就来看看ANSYS中怎么通过设定DV、SV、OBJ，利用优化模块求解以上问题。 首先参数化的建立一个分析文件（假设叫volu.inp），水杯初始半径为R＝1，高度为H ＝1（DV），由于水杯材料直接喝水杯的表面积有关系，这里假设水杯表面积不能大于100，这样就有S＝2πRH＋2πR2<100（SV），水杯的容积为V＝πR2H（OBJ）。 File:volu.inp (用参数直接定义也可或者在命令栏内直接写) R=1 H=1 S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*R V=10000/(3.14*R*R*H) 然后再建一个优化分析文件（假设叫optvolu.inp）,设定优化变量，并求解。 /clear,nostart /input,volu,inp /opt opanl,volu,inp opvar,R,dv,1,10,1e-2 opvar,H,dv,1,10,1e-2 opvar,S,sv,,100,1e-2 opvar,V,obj,,,1e-2 opkeep,on optype,subp opsave,optvolu,opt0 opexec 最后，打开Ansys6.1，在命令输入框中键入“/input,optvolu,inp”，整个优化过程就开始了。
运用ANSYS Workbench 快速优化设计
2006年用户年会论文 运用ANSYS Workbench快速优化设计 陈杰 [中国船舶重工集团第七一○研究所，443003] [ 摘要 ] 从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设 定好约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 际应用介绍如何使用Pro/E和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。 [ 关键词 ] 有限元分析、集成、ANSYS Workbench [Abstract:] DesignXplorer/VT module in AWE provides an user-friendly and highly efficient method to optimize the design. Design variables in CAD models can be directly handled in AWE. After goals in DesignXplorer/VT are defined by user, the optimization can be completed automatically and relevant data and charts can be delivered to user. This paper introduce how to use Pro/E and ANSYS in AWE to achieve rapid design optimization by a practical case. 1前言 ANSYS系列软件是融合结构、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 Workbench Environment（AWE）是ANSYS公司开发的新一代前后处理环境，并且定为于一个CAE协同平台，该环境提供了与CAD软件及设计流程高度的集成性，并且新版本增加了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、提高产品附加价值。 现今，对于一个制造商，产品质量关乎声誉、产品利润关乎发展，所以优化设计在产品开发中越来越受重视，并且方法手段也越来越多。从易用性和高效性来说AWE下的 DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约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，本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E 和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。
ANSYS拓扑优化原理讲解以及实例操作
拓扑优化是指形状优化，有时也称为外型优化。 拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案。这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计。与传统的优化设计不同的是，拓扑优化不需要给出参数和优化变量的定义。目标函数、状态变量和设计变量（参见“优化设计”一章）都是预定义好的。用户只需要给出结构的参数（材料特性、模型、载荷等）和要省去的材料百分比。给每个有限元的单元赋予内部伪密度来实现。这些伪密度用PLNSOL ，TOPO 命令来绘出。拓扑优化的目标——目标函数——是在满足结构的约束（V ）情况下减少结构的变形能。减小结构的变形能相当于提高结构的刚度。这个技术通过使用设计变量。 结构拓扑优化的基本思想是将寻求结构的最优拓扑问题转化为在给定的设计区域内寻求最优材料分布的问题。通过拓扑优化分析，设计人员可以全面了解产品的结构和功能特征，可以有针对性地对总体结构和具体结构进行设计。特别在产品设计初期，仅凭经验和想象进行零部件的设计是不够的。只有在适当的约束条件下，充分利用拓扑优化技术进行分析，并结合丰富的设计经验，才能设计出满足最佳技术条件和工艺条件的产品。连续体结构拓扑优化的最大优点是能在不知道结构拓扑形状的前提下，根据已知边界条件和载荷条件确定出较合理的结构形式，它不涉及具体结构尺寸设计，但可以提出最佳设计方案。拓扑优化技术可以为设计人员提供全新的设计和最优的材料分布方案。拓扑优化基于概念设计的思想，作为结果的设计空间需要被反馈给设计人员并做出适当的修改。最优的设计往往比概念设计的方案结构更轻，而性能更佳。经过设计人员修改过的设计方案可以再经过形状和尺寸优化得到更好的方案。 5.1.2优化拓扑的数学模型 优化拓扑的数学解释可以转换为寻求最优解的过程，对于他的描述是：给定系统描述和目标函数，选取一组设计变量及其范围，求设计变量的值，使得目标函数最小（或者最大）。一种典型的数学表达式为： ()()()12,,0,,0min ,g x x v g x x v f x v ?=??≤???? 式中，x -系统的状态变量；12g g 、-一等式和不等式的结束方程；(),f x v -目标函数；v -设计变量。 注：在上述方程中，x 作为系统的状态变量，并不是独立的变量，它是由设计变量得出的，并且与设计变量相关。 优化拓扑所要进行的数学运算目标就是，求取合适的设计变量v ，并使得目标函数值最小。 5.2基于ANSYS 的优化拓扑的一般过程 （进行内容排版修改） 在ANSYS 中，进行优化拓扑，一般分为6个步骤。具体流程见图5-1：
如何利用ANSYS进行拓扑优化
如何利用ANSYS进行拓扑优化 前言 就目前而言，利用有限元进行优化主要分成两个阶段： （1）进行拓扑优化，明确零件最佳的外形、刚度、体积，或者合理的固有频率，主要目的是确定优化的方向； （2）进行尺寸优化，主要目的是确定优化后的的零件具体尺寸值，通常是在完成拓扑优化之后，再执行尺寸优化。 在ANSYS中，利用拓扑优化，可以完成以下两个目的： （1）在特定载荷和约束的条件下，确定零件的最佳外形，或者最小的体积（或者质量）； （2）利用拓扑优化，使零件达到需要的固有频率，避免在使用过程中产生共振等不利影响。 本文主要就在ANSYS环境中如何执行拓扑优化进行说明。
1、利用ANSYS进行拓扑优化的过程 在ANSYS中，执行优化，通常分为以下6个步骤： 、定义需要求解的结构问题 对于结构进行优化分析，定义结构的物理特性必不可少，例如，需要定义结构的杨氏模量、泊松比（其值在～之间）、密度等相关的结构特性方面的信息，以供结构计算能够正常执行下去。
、选择合理的优化单元类型 在ANSYS中，不是所有的单元类型都可以执行优化的，必须满足如下的规定： （1）2D平面单元：PLANE82单元和PLANE183单元； （2）3D实体单元：SOLID92单元和SOLID95单元； （3）壳单元：SHELL93单元。 上述单元的特性在帮助文件中有详细的说明，同时对于2D单元，应使用平面应力或者轴对称的单元选项。 、指定优化和非优化的区域 在ANSYS中规定，单元类型编号为1的单元，才执行优化计算；否则，就不执行优化计算。例如，对于结构分析中，对于不能去除的部分区域将单元类型编号设定为≥2，就可以不执行优化计算，请见下面的代码片段：…… …… Et,1,solid92 Et,2,solid92 …… Type,1 Vsel,s,num,,1,2 Vmesh,all …… Type,2 Vsel,s,num,,3 Vmesh,all ……
运用ANSYS Workbench快速优化设计
运用ANSYS Workbench快速优化设计 摘要：从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约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。本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。 关键词：有限元分析、集成、ANSYS Workbench 1 前言 ANSYS系列软件是融合结构、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 Workbench Environment（AWE）是ANSYS公司开发的新一代前后处理环境，并且定为于一个CAE协同平台，该环境提供了与CAD软件及设计流程高度的集成性，并且新版本增加了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、提高产品附加价值。 现今，对于一个制造商，产品质量关乎声誉、产品利润关乎发展，所以优化设计在产品开发中越来越受重视，并且方法手段也越来越多。从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约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，本文将结合实际应用介绍如何使用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一定约束条件的前提下，通过改变某些允许改变的设计变量，使产品的指标或性能达到最期望的目标，就是优化方法。例如，在保证结构刚强度满足要求的前提下，通过改变某些设计变量，使结构的重量最轻最合理，这不但使得结构耗材上得到了节省，在运输安装方面也提供了方便，降低运输成本。再如改变电器设备各发热部件的安装位置，使设备箱体内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。在实际设计与生产中，类似这样的实例不胜枚举。 优化作为一种数学方法，通常是利用对解析函数求极值的方法来达到寻求最优值的目的。基于数值分析技术的CAE方法，显然不可能对我们的目标得到一个解析函数，CAE计算所求得的结果只是一个数值。然而，样条插值技术又使CAE中的优化成为可能，多个数值点可
Ansys在复合材料结构优化设计中的应用_图文(精)
A一13玻璃钢学会第十六届玻璃钢/复合材料学术年会论文集2006年 Amys在复合材料结构优化设计中的应用 覃海艺,邓京兰 (武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070 摘要:优化设计方法在复合材料结构设计中起着十分重要的作用。本文详细介绍了Ansys两种优化设计方法.目标函数最优设计和拓扑优化设计的过程,并运用目标函数最优设计方法对复合材料夹层结构进行了最优结构层合设计和运用拓扑优化设计方'法对玻璃钢圆凳进行了最佳形状设计。结果证明Ansys优化设计方法在复合材料结构设计中的有效性。 关键词:Ansys;优化设计方法;目标函数最优设计;拓扑优化设计;复合材料 l前言 复合材料是由两种或多种性质不同的材料组成,具有比强度、比刚度高、耐疲劳性能好及材料与性能可设计强等特点,广泛应用于汽车、建筑、航空、卫生等领域。复合材料通过各相组分性能的互补和关联获得优异的性能,因此复合材料各组分之间及材料整体结构的合理布置,充分发挥复合材料的性能已成为设计的关键所在…。Ansys软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术,Ansys强大的优化设计功能已广泛地应用于复合材料制品的结构设计心J。 2Ansys中的优化设计方法【3娟j 2.1目标函数最优设计 “最优设计”是指满足所有的设计要求,而且所需(如重量、面积、体积、应力、费用等的方案最小,即目标函数值最小。也就是说,最优设计方案是一个最有效率的方案。在Ansys中设计方案的任何方面都是可以优化的,如尺寸(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。目标函数最优设计是通过改变设计变量(自变量的数值,使状态变量(设计变量的函数,因变量在满足一定条件时,目标函数(因设计变量的改变而有所改变的值最小。 目标函数最优设计的一般步骤为①生成循环所用的分析文件,该文件须包括整个分析的过程,并满足以下条件:参数化建立模型(PREIy7,对模型进行初次求解(SOLUTION,对初次求解的结果提取并指定状态变量和目标函数(POSTl/POST26;②在Ansys数据库里建立与分析文件中变量相对应的参数,这一步是标准的做法,但不是必须的(BEGIN或OPT;③进入OPT优化处理器,指定要进行优化设计循环的分析文件(oPT;④声明优化变量:指定哪些参数是设计变量,哪些参数是状态变量,哪个参数是目标函数;⑤选择优化工具或优化算法:优化算法是使单个函数(目标函数在控制条件下达到最小值的传统算法,包括零阶算法和一阶算法;⑥指定优化循环控制方式,每种优化方法和工具都有相应的循环控制参数,比如最大迭代次数等;⑦进行优化分析;⑧查看设计序列结果(OPT和后处理(POSTl/POST26。 2.2拓扑优化设计 拓扑优化是指形状优化,有时也称为外型优化。拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多作者简介:覃海艺(1980?,男,在读硕士。 49 载荷的物体的最佳材料分配方案。与目标函数最优设计不同的是,拓扑优化不需要给出参数和优化变量的定义。目标函数、状态变量和设计变量是程序内部预定义好的。用户只需给出结构的参数(材料特性、模型、载荷等和要省去的材料百分比,即可通过优化计算得到结构的最佳外形设计。拓扑优化的目标是在满足结构约束的情况下减少结构的变形能,从而提高结构的刚度,所以在优化中表现为“最大刚度”设计。
运用ansysworkbench快速优化设计
运用A N S Y S W o r k b e n c h快速优化 设计 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
运用ANSYS Workbench快速优化设计 编辑条目 12.15 60次 1人 1个 [字号:大中小] [我来说两句 (0) ] 摘要：从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约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。本文将结合实际应用介绍如何使用 Pro/E和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。 关键词：有限元分析、集成、ANSYS Workbench 1 前言 ANSYS系列软件是融合结构、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 Workbench Environment（AWE）是ANSYS 公司开发的新一代前后处理环境，并且定为于一个CAE协同平台，该环境提供了与CAD软件及设计流程高度的集成性，并且新版本增加了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、提高产品附加价值。 现今，对于一个制造商，产品质量关乎声誉、产品利润关乎发展，所以优化设计在产品开发中越来越受重视，并且方法手段也越来越多。从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的
基于Ansys的框架结构优化设计
基于Ansys的框架结构优化设计 摘要：在实际工程问题中，经常遇到各种框架结构的优化问题，大多基于Ansys分析软件求解已知载荷、稳定条件下的框架结果最小体积，即最小质量以减少施工材料控制最优成本。本文通过对一常见的矩形截面的四边框架结构进行优化设计分析，提高了对Ansys分析软件的运用能力，加深了对起运行机制的认识，为以后熟练地运用该软件打下基础。 关键词：框架结构矩形截面优化设计Ansys软件 1.工程背景 框架结构由于具有自重轻、造价较低和施工简单等诸多优点，在包括大型工业厂房在内的工程领域得到了广泛的应用[1].随着对设计质量要求的不断提高，人们一直在探索如何在保证框架结构安全的前提下，减少材料用量，降低成本，以满足经济性的要求。 框架结构的优化设计思想从MICHELL[2]框架理论的出现至今已有近百年历史，BENDSOE等[3]提出的多工况拓扑优化方法标志着对优化设训一研究进入了新的阶段。国内学者也在该领域进行了大量的研究，如隋允康等对框架结构离散变量的优化问题进行了研究，通过函数变换找到了满应力的映射解，并结合框架拓扑优化特点提出了ICM(独立、连续、映射)方法[4]。随着计算机技术的发展，人们开始利用ANSYS等软件对工程结构进行有限元分桁和优化设计。APDL是ANSYS参数化设计语言，它是一种通过参数化变量方式建立分桁模型的脚本语言[5-6], ANSYS提供了两种优化方法即零阶方法和一阶方法。除此之外，用户还可以利用自己开发的优化算法替代ANSYS本身的优化方法进行优化设计。本文利用APDL优化设计模块编制用户程序，对一个实际框架进行了结构优化。结果表明运用ANSYS进行框架结构优化设训一可以有效提高设计质量，具有广泛的运用前景。 2.框架结构模型假设 在工程应用中，实际的析架结构形式和各杆件之间的联结以及所用的材料是
现代优化设计方法的现状和发展趋势
M ac hi neBuil di ng Auto m atio n,D ec2007,36(6):5~6,9 现代优化设计方法的现状和发展趋势 王基维1,熊伟2,李会玲1,汪振华3 (1.宁波职业技术学院,浙江宁波315800;2.湖南生物机电职业技术学院,湖南长沙410126; 3.南京理工大学,江苏南京210094) 摘要:优化设计是近年来发展起来的一门新学科,为机械设计提供了一种重要的科学设计方 法。优化设计在解决复杂设计问题时,能从众多设计方案中寻到尽可能完美或最适宜的设计 方案。对现代优化设计方法进行了概括和总结,展望了现代优化设计的发展方向和发展趋势。 关键词:优化设计;机械设计;发展趋势 中图分类号:T H122文献标识码:B文章编号:167125276(2007)0620005202 Develop ing T rend on M odern O pt im a l Design M ethods WANG J i2wei1,XI ONG W ei2,LI H u i2li ng1,WANG Zhen2hua3 (1.Ni ngbo Voca ti on Te chno l ogy C o ll e ge,N i n gbo315800,C h i na; 2.Huna n B i o l ogy Me c ha ni c a la nd E l e c tri c a lP ro f e ss i ona lTe chno l ogy C o ll ege,C ha ngsha410126,C h i na; 3.Na n ji ng Un i ve rs ity o f S c i e nc e a nd Te chno l o gy,Na n ji ng210094,C h i n a) Abstr ac t:As a new d i s c i p l i ne,o p tm i a l de s i gn p rov i de s an m i p o rtan t sc i en tifi c de s i gn m e t h od f o r e ng i nee https://www.sodocs.net/doc/9717314812.html, i ng op tm i a ld es i gn, t he y can fi nd o ut a nea rl y pe rf e ct o r op tm i um des i gn s ch em e fr om l o ts o f feas i b l e ap p r o ache s.T he p ape r s um m a ri ze s t he de ve l o p i ng trend a nd d ir e cti o n o f t he m ode rn op tm i a l des i gn m e t hod s. K ey word s:op tm i a ld es i g n;m a ch i n e des i gn;de ve l o p t re nd 0引言 机械设计与制造是机械工程领域中最重要的内容,而机械设计又是机械制造的前提。优化设计(opti m a l de2 si gn)是近年来发展起来的一门新的学科,优化设计为机械设计提供了一种重要的科学设计方法,在机械设计上起着重要的作用,使得在解决复杂设计问题时,能从众多的设计方案中寻到尽可能完美的或最适宜的设计方案[1]。实践证明,在机械设计中采用优化设计方法,不仅可以减轻机械设备质量,降低材料消耗与制造成本,而且可以提高产品的品质和工作性能[2]。文中初步论述了机械优化设计方法的发展现状和趋势。 优化设计方法[3]是数学规划和计算机技术相结合的产物,它是一种将设计变量表示为产品性能指标、结构指标或运动参数指标的函数(称为目标函数),然后在产品规定的性态、几何和运动等其它条件的限制(称为约束条件)的范围内,寻找满足一个目标函数或多个目标函数最大或最小的设计变量组合的数学方法。优化设计方法已成为解决复杂设计问题的一种有效工具。 1优化设计方法及应用现状 优化设计的基础和核心是优化理论和算法。迄今为止,己有上百种优化方法提出,这里重点介绍以下几种优化方法[4,5]。 a)线性逼近法:线性逼近法SLP是将原非线性问题转化为一系列线性优化问题,通过求解线性优化问题得到原问题的近似解。根据形成线性优化的方法不同,可以得到不同的线性逼近法。常用的线性逼近法有近似规划法和割平面法; b)遗传算法[2,6,14]:遗传算法GA(genetic a l gorith m s)是一种基于生物自然选择与遗传机理的随机搜索算法。它是1962年首先由美国密执安大学的J.H.H olland教授提出、随后主要由他和他的一批学生发展起来的[7],并在1975年的专著中作了介绍,首先提出了以二进制串为基础的基因模式理论,用二进制位串来模拟生物群体的进化过程。进化结束时的二进制所对应的设计变量的值即为优化问题的解。GA方法的主要优点是具有很强的通用优化能力,它不需要导数信息,也不需要设计空间或函数的连续性条件,其优化搜索具有隐性并行性,可以多点同时在大空间中作快速搜索,因此有可能获得全局最优解。由于G A有着其他优化算法不可比拟的优点,因此,GA的应用非常广泛,取得大量研究应用成果。在结构优化设计方面的如离散结构的遗传形状优化设计[8]、悬臂扭转结构和梁结构的优化设计[9]、桁架和薄壁的结构优化问题[10]等。在文献[11]中对平面四杆机构的遗传优化设计进行了研究。文献[12]介绍了一个用于ZL40装载机的直齿圆锥齿轮差速器的优化设计问题,用GA中的实数编码进行优化求解,取群体大小为50,交叉率为0.2,变异率为0.5,经过120代的进化并经圆整后得到最优解。文献[15]中通过把机械方案设计过程看作是一个状态空间的求解问题,用遗传算法控制其搜索过程,完善了新的遗传编码体系,为了适应新的编码体系重新构建了交叉和变异等遗传操作,并利用复制、交换和变异等操作进行一次次迭代,最终自动生成一组最优的设计方案。 此外,G A还应用在函数优化、机械工程、结构优化、电工、神经网络、机器学习、自适应控制、故障诊断、系统工程调度和运输问题等诸多领域中[13]; #5 #
关于ANSYS和Tosca中关于结构优化功能比较 - caedacomcn
关于ANSYS和Tosca中结构优化功能比较 ANSYS: 功能模块：Design Space DesignXplorer? DesignXplorer VT 各模块的功能： ANSYS DesignSpace完成结构的初始有限元分析功能 DesignXplorer?读取DesignSpace分析结果，实现了结构的优化功能，DesignSpace 合用。 DesignXplorer VT DesignXplorer?的扩展功能，主要体现在多目标优化上。而DesignXplorer?为单一目标优化，从算法上看，由传统的DOE算法向VT变分算法扩展。 小结ANSYS的该项功能：优点，成统一体系，从分析到优化，在封闭的环境内完成。分析面广，不仅涉及到了结构的优化，而且可以进行数据优化。缺点，是网格划分功能不强，自适应能力差。优化选择空间范围广，但操作复杂，需要有一定的背景知识。 宣传的商用案例：无 Tosca: 功能模块：TOSCA.gui TOSCA.topology TOSCA.shape TOSCA.smooth 各模块的功能：TOSCA.gui 实现前后处理功能，同ANSYS，Nastran，Abaqus，I-Deas 的前后处理器相连接，将CAD几何建模数据调用有限元求解器ANSYS，Nastran，Abaqus，I-Deas，进行求解，求解结果在TOSCA.topology中进行优化设计，优化结果还可以重新传回TOSCA.gui进行结构分析，来反复优化。 优点：主要进行结构拓扑分析和形状优化设计，目标确定。网格自动划分功能强大，因此可以保证较高的求解精度。优化采用无参优化方法。算法稳定快速（但具体算法不详）。具有优化-光滑细化-分析-结构优化的多流程作业，因此，应用程度相对较高，而实际操作难度可能很小（因为目标明确） 缺点：自己本身没有结构分析功能（有限元求解器），需要同其他的有限元软件配合使用。可用的软件有ANSYS，Nastran，Abaqus，I-Deas，集成程度高，可能不利于进行高级操作。主要应用面为结构空间优化设计。 宣传案例：奥迪汽车
ANSYS优化设计揭密(适合初学者)
ANSYS优化揭密 引子 时下ANSYS高手颇多，但还有很多FEA战友对ANSYS的优化过程用之不熟，这里抛砖引玉，写下自己对ANSYS优化模块的使用心得，不当之处敬请指正。 deform@smth Aug. 14，2002 1.认识ANSYS优化模块 1.1 什么时候我需要它的帮忙? 什么是ANSYS优化？我想说明一个例子要比我在这里对你絮叨半天容易理解的多。 注意过普通的水杯吗？底面圆圆的，上面加盖的哪一种。仔细观察一下，你会发现比较老式的此类水杯有一个共同特点：底面直径＝水杯高度。 图1 水杯的简化模型 为什么是这样呢？偷偷的告诉你：因为只有满足这个条件，才能在原料耗费最少的情况下使杯子的容积最大。可不是，在材料一定的情况下，如果水杯的底面积大，其高度必然就要小；如果高度变大了，底面积又大不了，如何调和这两者之间的矛盾？其实这恰恰就反应了一个完整的优化过程。 在这里，一个水杯的材料是一定的，所要优化的变量就是杯子底面的半径r 和杯子的高度h，在ANSYS的优化模块里面把这些需要优化的变量叫做设计变量（DV）；优化的目标是要使整个水杯的容积最大，这个目标在ANSYS的优化过程里叫目标函数（OBJ）；再者，对设计变量的优化有一定的限制条件，比如说整个杯子的材料不变，这些限制条件在ANSYS的优化模块中用状态变量（SV）来控制。
闲话少说，下面我们就来看看ANSYS中怎么通过设定DV、SV、OBJ，利用优化模块求解以上问题。 首先参数化的建立一个分析文件（我假设叫volu.inp），水杯初始半径为R ＝1，高度为H＝1（DV），由于水杯材料直接喝水杯的表面积有关系，这里我假设水杯表面积不能大于100，这样就有S＝2πRH＋2πR2<100（SV），水杯的容积为V＝πR2H （OBJ）。 File:volu.inp R=1 H=1 S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*R V=10000/(3.14*R*R*H) 然后再建一个优化分析文件（我假设叫optvolu.inp）,设定优化变量，并求解。 File:optvolu.inp /clear,nostart /input,volu,inp /opt opanl,volu,inp opvar,R,dv,1,10,1e-2 opvar,H,dv,1,10,1e-2 opvar,S,sv,,100,1e-2 opvar,V,obj,,,1e-2
AnsysWorkbenchV14.5参数化优化操作
Ansys workbench流体流动与传热优化 通过这种实验可是实现网格考核、结构尺寸对目标函数的影响分析、参数的敏感性分析以及工况参数对目标函数的影响分析等，找到最优的网格尺寸、结构尺寸和操作工况。下图为典型的ANSYS workbench优化分析的示意图： 其中模块与模块之间的关联可以实现交换数据。本文采用响应面优化的方法实现流体流动与传热的模拟优化。 1．几何模型的建立 一．Geometry阶段 采用solidworks建立几何模型（注意本机上一定要同时有ANSYS和solidworks）。下图为建立几何模型的过程：为了简便采用简单的模型来验证本方法。 建立一个草图圆，然后智能尺寸标注，弹出尺寸修改窗，还有尺寸设置窗口。在这里要设
置实现参数化的几何尺寸关联接口。方法为：在尺寸设置窗口的主要指那一栏的第一个参数前面手动加上一个”DS_”，同时在模型树里面把每一步的操作名改为英文的（注意避开一些敏感字母），以下都按此操作。然后退出草图，拉伸凸台。这里标注第二个尺寸：拉伸长度。鼠标指针放到拉伸特征上，这是窗口出现草图出现拉伸的尺寸，蓝色的尺寸。然后右击该尺寸，出现尺寸设置窗口，修改主要指加上“DS_”。
至此，几何模型的创建结束，保持文档。回到ansys workbench界面，geometry后面打上了对号，提示已经完成。 双击geometry启动DM工具。导入刚刚创建的模型，出现导入对话框，里面有很多设置项，这里采用默认设置，点击generate按钮导入创建的几何模型。可以看到属性里已经出现修改过的参数化尺寸。
显示两个paremeters，前面的框点击出现P表示设置成参数书尺寸了。关闭DM，回到workbench界面。 二．Meshing阶段 点击mesh启动meshing 设置边界： 点击geometry，然后右键选择create named selection创建边界： 网格部分的控制点击mesh,在下方出现设置框。进行相应的网格尺寸设置，其中前面加框的几个参数是可以参数化的，比如说网格无关性验证可以选此打勾。
ansys的优化设计
第一章优化设计 什么是优化设计? 优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术。所谓“最优设计”，指的是一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）最小。也就是说，最优设计方案就是一个最有效率的方案。 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。零阶方法是一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。一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程序提供了一系列的分析——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。这一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程序还提供了一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，我们先给出一些基本的定义：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。我们看以下一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σ不超过σmax [σ≤σmax] ●梁的变形δ不超过δ max[δ≤δmax] ●梁的高度h不超过h max[h≤h max] 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：σ（总应力）和δ（梁的位移）。在ANSYS 优化程序中用户可以定义不超过100个状态变量。 目标函数是要尽量减小的数值。它必须是设计变量的函数，也就是说，改变设计变量的数值将改变目标函数的数值。在以上的问题中，梁的总重量应该是目标函数。在ANSYS优化程序中，只能设定一个目标函数。 设计变量，状态变量和目标函数总称为优化变量。在ANSYS优化中，这些变量是由用户定义的参数来指定的。用户必须指出在参数集中哪些是设计变量，哪些是状态变量，哪是目标函数。
ANSYS优化设计(含几个实例)
ANSYS优化设计 1. 认识ANSYS优化模块 1.1什么时候我需要它的帮忙？ 什么是ANSYS优化？我想说明一个例子要比我在这里对你絮叨半天容易理解的多。 注意过普通的水杯吗？底面圆圆的，上面加盖的哪一种。仔细观察一下，你会发现比较 老式的此类水杯有一个共同特点：底面直径=水杯高度。 图1水杯的简化模型 为什么是这样呢？因为只有满足这个条件，才能在原料耗费最少的情况下使杯子的容积 最大。在材料一定的情况下，如果水杯的底面积大，其高度必然就要小；如果高度变大了，底面积又大不了，如何调和这两者之间的矛盾？其实这恰恰就反应了一个完整的优化过程。 在这里，一个水杯的材料是一定的，所要优化的变量就是杯子底面的半径r和杯子的高度h,在ANSYS的优化模块里面把这些需要优化的变量叫做设计变量（DV ）;优化的目标是要使整个水杯的容积最大，这个目标在ANSYS的优化过程里叫目标函数（OBJ）;再者, 对设计变量的优化有一定的限制条件，比如说整个杯子的材料不变，这些限制条件在ANSYS 的优化模块中用状态变量（SV）来控制。下面我们就来看看ANSYS中怎么通过设定DV、 SV、OBJ，利用优化模块求解以上问题。 首先参数化的建立一个分析文件（假设叫volu.inp ），水杯初始半径为R= 1，高度为H =1 （DV ）,由于水杯材料直接喝水杯的表面积有关系，这里假设水杯表面积不能大于100, 2 2 这样就有S= 2 n RH + 2 nR <100 （SV）,水杯的容积为V=nR H （OBJ 。 File:volu.inp （用参数直接定义也可或者在命令栏内直接写） R=1 H=1 S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*R V=10000/（3.14*R*R*H） 然后再建一个优化分析文件（假设叫optvolu.inp ），设定优化变量，并求解。 /clear, no start /in put,volu,i np /opt opa nl,volu,i np opvar,R,dv,1,10,1e-2 opvar,H,dv,1,10,1e-2 opvar,S,sv,,100,1e-2 opvar,V,obj,,,1e_2 opkeep, on optype,subp opsave,optvolu,opt0 opexec
现代优化计算方法的发展历程
现代优化计算方法的发展历程 【摘要】：对具有代表性的现代优化计算方法：遗传算法、人工神经网络、模拟退火算法的产生、发展进行了详细的叙述，并对它们的应用领域和研究方向做了细致的介绍，最后对三种算法分别作了总结和展望。 【关键词】：遗传算法；人工神经网络；模拟退火算法；组合优化 随着20世纪80年代初期遗传算法、人工神经网络、模拟退火、禁忌搜索算法的兴起，科学工作者对这些算法的模型、理论和应用技术等一系列问题进行着深入的研究，并将这些算法统称为现代人优化算法。 1. 遗传算法 1.1 遗传算法的产生和发展 遗传算法是近年来迅速发展起来的一种全新的随机搜索与优化算法，其基本思想是基于Darwin 的进化论和Mendel 的遗传学说。该算法由密歇安大学教授Holland 及其学生于1975 年创建。其主要特点是采取群体搜索策略和在群体中个体之间进行信息交换，利用简单的编码技术和繁殖机制来表现复杂的现象，不受搜索空间的限制性假设的约束，不要求诸如连续性，导数存在和单峰等假设。此后，遗传算法的研究引起了国内外学者的关注。 1.2 遗传算法的应用领域和研究方向 遗传算法是多学科结合与渗透的产物，已经发展成一种自组织、自适应的综合技术，广泛应用在计算机科学、工程技术和社会科学等领域。其研究工作主要集中在基础理论、分布并行遗传算法、分类系统、遗传神经网络、进化算法。 1.3 遗传算法的展望 遗传算法的长期发展是一个不断跳跃的过程。做为一个优秀的老资格算法它的实用价值绝对值得肯定，但它也存在一些无法摆脱的算法局限性。例如遗传算法不能保证在多项式时间内找到NP完全问题的最优解，而它经常能找到组合问题很好的次优解。但可喜的是，新世纪的计算机数字时代遗传算法已经引起了计算机界人士的广泛注意。当今计算机科学的各个领域几乎都显示出向并行计算过渡这一趋势。在这场变革中，一个鼓舞人心的结果就是信的应用领域不断发展，诸如格子气流体,神经网络和遗传算法，这些领域的研究从一开始就是基于并行处理。遗传算法的实际应用效能将会扮演越来越重要的角色。在遗传算法的研究过程中还将会出现新的困难，但是人们不得不正视大量的研究成果为此研究领域所展示的巨大潜力。 2. 人工神经网络