ANSYS 優(yōu)化設計(含幾個實例)

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1、7ANSYS優(yōu)化設計1.認識ANSYS優(yōu)化模塊1.1什么時候我需要它的幫忙?什么是ANSYS優(yōu)化？我想說明一個例子要比我在這里對你絮叨半天容易理解的多。注意過普通的水杯嗎？底面圓圓的，上面加蓋的哪一種。仔細觀察一下，你會發(fā)現比較老式的此類水杯有一個共同特點：底面直徑＝水杯高度。圖1水杯的簡化模型為什么是這樣呢？因為只有滿足這個條件，才能在原料耗費最少的情況下使杯子的容積最大。在材料一定的情況下，如果水杯的底面積大，其高度必然就要小；如果高度變大了，底面積又大不了，如何調和這兩者之間的矛盾？其實這恰恰就反應了一個完

2、整的優(yōu)化過程。在這里，一個水杯的材料是一定的，所要優(yōu)化的變量就是杯子底面的半徑r和杯子的高度h，在ANSYS的優(yōu)化模塊里面把這些需要優(yōu)化的變量叫做設計變量（DV）；優(yōu)化的目標是要使整個水杯的容積最大，這個目標在ANSYS的優(yōu)化過程里叫目標函數（OBJ）；再者，對設計變量的優(yōu)化有一定的限制條件，比如說整個杯子的材料不變，這些限制條件在ANSYS的優(yōu)化模塊中用狀態(tài)變量（SV）來控制。下面我們就來看看ANSYS中怎么通過設定DV、SV、OBJ，利用優(yōu)化模塊求解以上問題。首先參數化的建立一個分析文件（假設叫volu.in

3、p），水杯初始半徑為R＝1，高度為H＝1（DV），由于水杯材料直接喝水杯的表面積有關系，這里假設水杯表面積不能大于100，這樣就有S＝2πRH＋2πR2<100（SV），水杯的容積為V＝πR2H（OBJ）。File:volu.inp(用參數直接定義也可或者在命令欄內直接寫)R=1H=1S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*RV=10000/(3.14*R*R*H)然后再建一個優(yōu)化分析文件（假設叫optvolu.inp）,設定優(yōu)化變量，并求解。/clear,nostart/input,volu,inp/opt

4、opanl,volu,inpopvar,R,dv,1,10,1e-2opvar,H,dv,1,10,1e-2opvar,S,sv,,100,1e-2opvar,V,obj,,,1e-2opkeep,onoptype,subpopsave,optvolu,opt0opexec最后，打開Ansys6.1，在命令輸入框中鍵入“/input,optvolu,inp”，整個優(yōu)化過程就開始了。7圖2ANSYS優(yōu)化過程圖幾秒鐘的優(yōu)化過程結束后，讓我們來看一下優(yōu)化的結果：/optoptlist,all圖3優(yōu)化結果1上圖中左右?guī)?

5、的SET22是最優(yōu)解，由此可以看出，要想在表面積一定的情況下使水杯容積最大，的確有這樣一個規(guī)律H=D=2*R。有興趣的同志可以用求極值的方法演算一下，一定會得到相同的答案。ANSYS的優(yōu)化模塊是用來求解工程分析中的優(yōu)化例子的，但上面一個例子說明即使這樣于工程毫無關系純數學極值問題，也能夠輕松求解。不過在細節(jié)處會有一些技巧，后面再仔細分析。（其實用ANSYS的優(yōu)化模塊完全能解決數學上比較負責的極值問題，不過現在有了Matlab、Mathematica，大概也沒有人愿意來用ANSYS獻丑了）。1.2ANSYS優(yōu)化設計

6、基礎前面寫了一個例子，來說明ANSYS的基本優(yōu)化過程。在這一節(jié)中，我們結合這個例子來說明一下優(yōu)化模塊中的一些概念。1.2.1優(yōu)化模塊中的三大變量：設計變量（DV）：即自變量。例子中的opvar,R,dv,1,10,1e-2就是用來定義一個設計變量R，其上限為10，下限為1，公差為10-2（公差和優(yōu)化過程的收斂有關）。ANSYS優(yōu)化模塊中允許定義不超過60個設計變量。狀態(tài)變量（SV）：用來體現優(yōu)化的邊界條件，是設計變量的函數。例子里面opvar,S,sv,,100,1e-2就是定義了一個狀態(tài)變量S，它的上限為100

7、，無下限，公差為10-2。從文件volu.inp中可以看到，S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*R?？梢?，定義這樣一個狀態(tài)變量，即是限制水杯的表面積（可以認為表示材料的多少）不大于100。在ANSYS優(yōu)化模塊中用戶可以定義不超過100個狀態(tài)變量。目標函數（OBJ）：最終的優(yōu)化目的。它必須是設計變量的函數，而且只能求其最小值?？吹絭olu.inp里面目標函數的定義了吧V=10000/(3.14*R*R*H)，為了把求最大體積轉化為求最小值，只好對它求倒數了；如果知道目標函數的上限，還可以用一個大數減目標函數

8、的方法來轉換。例子中opvar,V,obj,,,1e-2就是定義了一個目標函數V，它的公差是10-2。1.2.2ANSYS優(yōu)化模塊中的兩種求解模式ANSYS優(yōu)化模塊的求解有兩種運行模式，一種是在GUI方式下運行，即已經打開ANSYS的分析界面后進行分析；另一種是Batch模式，無需打開ANSYS分析界面，后臺運行求解。前面例子的運行過程其實就是一個典型的GUI方式體現，它