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《基于optistruct的結構優(yōu)化設計方法》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、范文范例指導參考基于OptiStruct的結構優(yōu)化設計方法作者：張勝蘭優(yōu)化設計是以數(shù)學規(guī)劃為理論基礎，將設計問題的物理模型轉化為數(shù)學模型，運用最優(yōu)化數(shù)學理論，以計算機和應用軟件為工具，在充分考慮多種設計約束的前提下尋求滿足預定目標的最佳設計。有限元法（FEM）被廣泛應用于結構分析中，采用這種方法，任意復雜的問題都可以通過它們的結構響應進行研究。最優(yōu)化技術與有限元法結合產(chǎn)生的結構優(yōu)化技術逐漸發(fā)展成熟并成功地應用于產(chǎn)品設計的各個階段。一、OptiStruct結構優(yōu)化方法簡介OptiStruct是以有限元法為基礎的結構優(yōu)化設計工具。它提供拓撲優(yōu)化、形貌優(yōu)化、
2、尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化以及自由尺寸和自由形狀優(yōu)化，這些方法被廣泛應用于產(chǎn)品開發(fā)過程的各個階段。概念設計優(yōu)化――用于概念設計階段，采用拓撲（Topology）、形貌（Topography）和自由尺寸（FreeSizing）優(yōu)化技術得到結構的基本形狀。詳細設計優(yōu)化――用于詳細設計階段，在滿足產(chǎn)品性能的前提下采用尺寸（Size）、形狀（Shape）和自由形狀（FreeShape）優(yōu)化技術改進結構。拓撲、形貌、自由尺寸優(yōu)化基于概念設計的思想，作為結果的設計空間需要被反饋給設計人員并做出適當?shù)男薷?。?jīng)過設計人員修改過的設計方案可以再經(jīng)過更為細致的形狀、尺寸以及自由形
3、狀優(yōu)化得到更好的方案。最優(yōu)的設計往往比概念設計的方案結構更輕，而性能更佳。表1簡單介紹各種方法的特點和應用。word版整理范文范例指導參考OptiStruct提供的優(yōu)化方法可以對靜力、模態(tài)、屈曲、頻響等分析過程進行優(yōu)化，其穩(wěn)健高效的優(yōu)化算法允許在模型中定義成千上萬個設計變量。設計變量可取單元密度、節(jié)點坐標、屬性（如厚度、形狀尺寸、面積、慣性矩等）。此外，用戶也可以根據(jù)設計要求和優(yōu)化目標，方便地自定義變量。在進行結構優(yōu)化過程中，OptiStruct允許在有限元計算分析時使用多個結構響應，用來定義優(yōu)化的目標或約束條件。OptiStruct支持常見的結構響應
4、，包括：位移、速度、加速度、應力、應變、特征值、屈曲載荷因子、結構應變能、以及各響應量的組合等。OptiStruct提供豐富的參數(shù)設置，便于用戶對整個優(yōu)化過程及優(yōu)化結果的實用性進行控制。這些參數(shù)包括優(yōu)化求解參數(shù)和制造加工工藝參數(shù)等。用戶可以設定迭代次數(shù)、目標容差、初始步長和懲罰因子等優(yōu)化求解參數(shù)，也可以根據(jù)零件的具體制造過程添加工藝約束，從而得到正確的優(yōu)化結果并方便制造。此外，利用OptiStruct軟件包中的OSSmooth工具，可以將拓撲優(yōu)化結果生成為IGES等格式的文件，然后輸入到CAD系統(tǒng)中進行二次設計。二、OptiStruct優(yōu)化設計的數(shù)學基
5、礎word版整理范文范例指導參考1．OptiStruct結構優(yōu)化三要素優(yōu)化設計有三要素，即設計變量、目標函數(shù)和約束條件。設計變量是在優(yōu)化過程中發(fā)生改變從而提高性能的一組參數(shù)。目標函數(shù)就是要求最優(yōu)的設計性能，是關于設計變量的函數(shù)。約束條件是對設計的限制，是對設計變量和其它性能的要求。優(yōu)化設計的數(shù)學模型可表述為：最小化（minimize）：f(X)=f(x1,x2,......,xn)約束條件（subjectto）：gj(X)≤0j=1,......,mhk(X)=0k=1,......,mhxL≤x≤xUi=1,......,n式中，X=(x1,x2,.
6、.....,xn)是設計變量，f(X)是目標函數(shù)，g(X)是不等式約束函數(shù)，h(X)是等式約束函數(shù)；L指lowerlimit，即下限，U指upperlimit，即上限。在OptiStruct中，目標函數(shù)f(X)、約束函數(shù)g(X)與h(X)是從有限元分析中獲得的結構響應。設計變量X是一個向量，它的選擇依賴于優(yōu)化類型。在拓撲優(yōu)化中，設計變量為單元的密度；在尺寸優(yōu)化（包括自由尺寸優(yōu)化）中，設計變量為結構單元的屬性；在形貌優(yōu)化和形狀優(yōu)化（包括自由形狀優(yōu)化）中，設計變量為形狀擾動的線性組合因子。優(yōu)化設計的三要素在OptiStruct中通過不同類型的信息卡描述。結
7、構響應（用于評測目標與約束）以及設計變量均采用BulkData類型的信息卡，結構響應一般參考DRESP1、DRESP2或DRESP3卡，設計變量則根據(jù)優(yōu)化類型的不同選用DTPL、DTPG或DESVAR卡。目標函數(shù)和約束則使用SubcaseInformation類型的信息卡定義，目標函數(shù)使用DESOBJ卡，約束函數(shù)使用DESSUB或DESGLB卡。2.OptiStruct迭代算法OptiStruct采用局部逼近的方法來求解優(yōu)化問題。局部近似法求解優(yōu)化問題步驟如下：1）采用有限元法分析相應物理問題；word版整理范文范例指導參考2）收斂判斷；3）設計靈敏度
8、分析；4）利用靈敏度信息得到近似模型，并求解近似優(yōu)化問題；5）返回第一步。這種方法用于每迭代步
