优化设计教程M4_搜寻设计域

1、第 四 章,搜寻设计域,M4-2,搜寻设计域 总论,搜寻设计域的意思很简单，就是对各种设计进行尝试。 一旦建立了一个参数化模型和一个分析文件，搜寻设计域就变得简单易行。,分析文件,搜寻设计域,进行优化设计,初始设计,参数化建模和加载,求解,参数化结果,M4-3,ANSYS 优化程序提供了多种 工具 以探测设计领域。,搜寻设计域 总论,单步循环法,随机法,扫描法,梯度法,乘子法,M4-4,搜寻设计域 总论,单步循环 对整个分析文件执行一次循环。 对 what-if 脚本非常有用，如： “假如（What if） 消除此构架桥对角线元件 (设定其横截面积为一个很小值)将会怎样?”,H1,H2,在一次

2、优化运行后，若要恢复（从新产生）一个要求的设计也可用此单步循环法。,A1,A1,A2,A3,M4-5,搜寻设计域 总论,随机工具 通过给定设计变量的随机值产生随机设计。 对于只有几个“良好”设计的情况，要启动一个子序列设计优化过程，随机工具是很有用的。,M4-6,搜寻设计域 总论,扫描工具 对每个DV，在整个设计变量域中扫描。 对全局敏感性研究很有用 - 在某一DV值的整个范围内对给定设计有什么影响。,DV2,DV1,M4-7,搜寻设计域 总论,梯度工具 对每个DV改变一小量，在相邻领域内，产生参考设计的一些设计方案。 对局部敏感性研究中很有用 - 了解DV的小小扰动，如何影响给定的设计。 你

3、可查对OBJ 和 SV 的斜率，察看每个DV对参考设计的影响。,OBJ,DV,M4-8,搜寻设计域 总论,乘子工具 一个表明设计域所有极点或“角落”示例的统计工具，即每个 DV最小或最大值时的结果。 不仅对理解每个DV对设计的影响很有帮助，而且对理解两变量和三变量交互的影响也很有用。 用于试验设计 (因为乘子法广泛用于试验结果的解释)。,M4-9,搜寻设计域 过程,一旦建立了分析文件, 所有优化工具都用如下同样的步骤 ： 1. 建立初始设计 2. 进入优化程序并确认分析文件 3. 确认优化变量 4. 执行优化工具 5. 查看结果,M4-10,搜寻设计域 过程,为了说明执行步骤, 用一个半对称构

4、架桥模型的例子。 目标是评价总体积，满足： 最大纵向变形 Read Input from 或 /INPUT 命令: /input,trussbr,inp,M4-12,搜寻设计域 过程,步骤 2. 进入优化程序并确认分析文件 本步很简单：告知优化程序分析文件的名称。 用： Main Menu Design Opt -Analysis File- Assign 或 OPANL 命令： /opt opanl,trussbr,inp,M4-13,搜寻设计域 过程,步骤 3. 确认优化变量 本步定义合适的参数为DV, SV, 和 OBJ 。 用： 设计优化菜单（如右）. 或 OPVAR 命令： opva

5、r,a1,dv,1,10 opvar,uymax,sv,-1.0 opvar,totvol,obj etc.,M4-14,搜寻设计域 过程,步骤 4. 运行优化工具 步骤 5. 查看结果 将分别描述应用每一工具时的这些步骤 ，因为对每种工具这些步骤都是相同的。,M4-15,搜寻设计域 - 过程 单步循环工具,第1步. 建立初始设计 第2步. 进入优化程序并确认分析文件 第3步. 确认优化变量 第4步. 选用优化工具 本步包括： 选择单步循环工具 指定要求的 DV 值 初始化运行,M4-16,搜寻设计域 - 过程 单步循环工具,选择单步循环工具 Design Opt Method/Tool 选择

6、单步运行,或用 OPTYPE 命令： optype,run,M4-17,搜寻设计域 - 过程 单步循环工具,确认要求的 DV 值 用Name=Value（参数名=值）的格式, 在输入窗或标量参数对话框中输入 (Utility Menu Parameters Scalar Parameters.). 这些值可假定表示为一种你想要解释的what-if（假如） 脚本。,a1=10 a2=8 a3=0.01 (very small value) h1=300 h2=400,例如， 假如取消构架桥的对角线元件，将会怎样?,M4-18,搜寻设计域 - 过程 单步循环工具,初始化 Design Opt Ru

7、n 或用 OPEXE 命令： opexe,这就创建了一个新的设计集, 和新的状态变量和目标函数值。,M4-19,搜寻设计域 - 过程 单步循环工具,M4-20,搜寻设计域 - 过程 单步循环工具,步骤 5. 查看结果 一种简单的办法就是列出设计集并检查状态变量和目标函数值： Design Opt -Design Sets- List 或用 OPLIST 命令： oplist,M4-21,搜寻设计域 - 过程 单步循环工具,对构架桥的例子，OPLIST 给出的该设计 (第二设计集 )因中间元件(SCMID)的高压应力和左边元件 (STLEFT)的高拉应力而落入不可行域。,M4-22,搜寻设计域

8、- 过程 单步循环工具,查看结果的另一种方法是用 POST1 (通用后处理)： 变形形状 应力云图 等等。,M4-23,搜寻设计域 - 过程 单步循环工具,ANSYS 允许执行任意步的单步循环。 每一设计就是给出了一个新的集号，而所有的设计集存于优化数据库中 (缺省为jobname.opt)。 可用 OPSEL 或 Design Opt -Design Sets- Select/Delete命令来只保留可行设计 。 单步循环的一种可能的应用是执行若干个单步循环并用这些设计集作为设计优化的初始点。 或可用随机工具（ Random tool）来产生多个随机设计.,M4-24,搜寻设计域 - 过程

9、随机工具,用给DV赋随机值的方法产生多个设计 过程如下： 步骤 1. 建立初始设计 步骤2. 进入优化程序并 步骤3. 确认优化变量 步骤 4. 运行优化工具 步骤 5. 查看结果,M4-25,搜寻设计域 - 过程 随机工具,步骤 4. 运行优化工具 本步包括： 指定运行控制 选择随机工具 保存优化数据库 初始化运行,M4-26,搜寻设计域 - 过程 随机工具,运行控制 给定优化数据库文件名 (OPDATA 命令)，缺省为： jobname.opt。 如何读取分析文件 (OPLOOP)。缺省为从头读起，并忽略 DV 参数的定义。 打印控制 (OPPRNT)。缺省为删除细节。 保存最优设计选项

10、(OPKEEP)。允许一旦产生，就保留最优设计。 缺省为 OFF（不保留）。 用上述命令或 Design Opt Controls,M4-27,搜寻设计域 - 过程 随机工具,选择随机工具 要求两项信息： 要产生的随机设计数 (NITR)。 可停机的可行设计数 (NFEAS)。 这对完成设计优化之前产生一定量的可行设计是很有用的。 缺省为执行全部 NITR 次迭代。 用 OPTYPE 和 OPRAND 命令： optype,random oprand,nitr,nfeas,M4-28,搜寻设计域 - 过程 随机工具,或 Design Opt Method/Tool.,M4-29,搜寻设计域 -

11、 过程 随机工具,保存优化数据库 允许在必要时恢复优化数据库的当前状态。 指定一个不同于 jobname.opt 的文件名，因为缺省文件名每次迭代都会被更新。,Design Opt -Opt Database- Save 或 OPSAVE 命令： opsave,trussbr,opt0,M4-30,搜寻设计域 - 过程 随机工具,初始化运行 Design Opt Run 或用 OPEXE 命令： opexe,产生了最多 NITR 个设计。 NITR 是OPRAND命令要求的设计随机数。,M4-31,搜寻设计域 - 过程 随机工具,步骤 5. 查看结果 典型的方法是列出随机设计集 ： Desig

12、n Opt -Design Sets- List 或用 OPLIST 命令： oplist,M4-32,搜寻设计域 - 过程 随机工具,随机工具作为一个设计优化过程的先行步骤是很有用的：可以产生随机设计，只选择其中的可行解， 将其作为优化过程的起点。 下一步，我们来看看如何应用扫描工具。,M4-33,搜寻设计域 - 过程 扫描工具,扫描工具用于指定设计，和保持其他常数不变，对每个DV在整个范围内的增量的一个参考点。 给出一个设计变量全局敏感性定量影响的概念。 其过程如下： 步骤 1. 建立初始设计 步骤 2. 进入优化程序并确认分析文件 步骤 3. 确认优化变量 步骤 4. 运行优化工具 步骤

13、 5. 查看结果,M4-34,搜寻设计域 - 过程 扫描工具,步骤 4. 运行优化工具 本步包括： 指定运行控制 选择扫描工具 保存优化数据库 初始化运行,M4-35,搜寻设计域 - 过程 扫描工具,运行控制 给定优化数据库文件名 (OPDATA 命令)，缺省为 jobname.opt。 如何读取数据库文件 (OPLOOP)，缺省为从头读起，并且忽略 DV 参数的定义。 打印输出控制 (OPPRNT)，缺省为删除细节。 保存最优设计选项 (OPKEEP)。允许一旦产生，就保留最优设计。 缺省为 OFF（不保留）。 用上述命令或 Design Opt Controls,M4-36,搜寻设计域 -

14、 过程 扫描工具,选择扫描工具 要求两项信息： 参考设计集数 DSET。 当对每个 DV 扫描时， 其他的 DV 保持由DSET指定的值。如果只有一个设计 (如初始设计)， 则该设计被用作参考点。 每个DV 的扫描点数 (NSPS)。如 NSPS = 2 则每个DV产生两个设计，在最小和最大值处。,M4-37,搜寻设计域 - 过程 扫描工具,用 Design Opt Method/Tool. 或 OPTYPE 和 OPSWEEP 命令： optype,sweep opsweep,dset,nsps,M4-38,搜寻设计域 - 过程 扫描工具,保存优化数据库 用 OPSAVE命令 或 Desig

15、n Opt -Opt Database- Save 初始化运行 用 OPEXE 或 Design Opt Run 建立 NSPS*N 个设计， 这里 NSPS 是每个设计变量的扫描点数 ，N 是设计变量数。,M4-39,搜寻设计域 - 过程 扫描工具,步骤 5. 查看结果 由扫描工具所得的结果可知，每个 DV 如何影响设计 -全局敏感性 例如，如果A3（对角线元件的面积）由 MIN 增加到 MAX ，UYMAX （纵向变形）将如何变化？ 要查看结果，可用图形和列表方式。,M4-40,搜寻设计域 - 过程 扫描工具,图形方式： Design Opt Tool Results -Graph- Sw

16、eeps. 或 OPLSW 命令： oplsw,uymax,a1,a2,a3,M4-41,搜寻设计域 - 过程 扫描工具,列表方式： Design Opt Tool Results Print. 或 OPRSW 命令： oprsw,all 打印一个规格化的响应变量值对规格化的DV值的关系。,M4-42,搜寻设计域 - 过程 梯度工具,梯度工具用一个指定设计为参考点，并且稍稍改变每个DV，以决定局部敏感性。 测试优化设计对DV微小变化的敏感性，对下续的设计优化是很有用的。 过程如下： 步骤 1. 建立初始设计 步骤 2. 进入优化程序，并确认分析文件 步骤 3. 确认优化变量 步骤 4. 运行优

17、化工具 步骤 5. 查看结果,M4-43,搜寻设计域 - 过程 梯度工具,步骤 4. 运行优化工具 本步包括： 指定运行控制 选择梯度工具 保存优化数据库 初始化运行,M4-44,搜寻设计域 - 过程 梯度工具,运行控制 给定优化数据库文件名 (OPDATA 命令)，缺省为： jobname.opt。 如何读取分析文件 (OPLOOP)。缺省为从头读起，并忽略 DV 参数的定义。打印输出控制 (OPPRNT)，缺省为删除细节。 保存最优设计选项 (OPKEEP)。允许一旦产生，就保留最优设计。 缺省为 OFF（不保留）。 用上述命令，或 Design Opt Controls,M4-45,搜寻

18、设计域 - 过程 梯度工具,选择梯度工具 要求两项信息： 参考设计集数 DSET。 本设计集中的DV 值对梯度的测量有一点点的影响。如果只有一个设计 (如初始设计)， 则该设计被用作参考点。 变化量 DELTA, 指定为差额的百分数。 每个 DV 的改变量为 DELTA*(MAX-MIN)/100 DELTA defaults to 0.5.,M4-46,搜寻设计域 - 过程 梯度工具,用 Design Opt Method/Tool. 或 OPTYPE 和 OPGRAD 命令： optype,sweep opgrad,dset,delta,M4-47,搜寻设计域 - 过程 梯度工具,保存数据

19、库 用 OPSAVE 或 Design Opt -Opt Database- Save 初始化运行 用 OPEXE 或 Design Opt Run 创建 N 个设计, 这里 N 设计变量数。,M4-48,搜寻设计域 - 过程 梯度工具,步骤 5. 查看结果 由梯度工具的结果可知， DV的一个微小改变如何影响设计-亦即局部敏感性。 例如， 如果中跨高度H2 波动1% ，UYMAX 如是中间跨将如何改变？ 为此，可用图形或列表方式查看。 两个输出均基于DV的 1% 改变。,M4-49,搜寻设计域 - 过程 梯度工具,图形方式 Design Opt Tool Results -Graph- Gra

20、dient. 或 OPLGR 命令： oplsw,uymax,a1,a2,a3,M4-50,搜寻设计域 - 过程 梯度工具,列表方式： Design Opt Tool Results Print. 或 OPRSW 命令： oprgr,all,M4-51,搜寻设计域 - 过程 乘子工具,本工具给出设计域的极端值实例 - 所有DV的最小和最大值。 有完全乘子和分数乘子法可用。 完全乘子产生 2n 个设计， 这里 n 是DV数。 分数乘子产生 乘子*2n 个设计，这里乘子可以是 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 或 1/64.,Amin Bmin Amin Bmax Amax B

21、min Amax Bmax,例如，现有两个设计变量 A 和 B，完全的乘子法会产生四组设计。,M4-52,搜寻设计域 - 过程 乘子工具,其过程如下： 步骤 1. 建立初始设计 步骤 2. 进入优化程序并确认分析文件 步骤 3. 确认优化变量 步骤 4. 运行优化工具 步骤 5. 查看结果,M4-53,搜寻设计域 - 过程 乘子工具,步骤 4. 运行优化工具 本步包括： 指定运行控制 选择乘子工具 保存优化数据库 初始化运行,M4-54,搜寻设计域 - 过程 乘子工具,运行控制 给定优化数据库文件名 (OPDATA 命令)，缺省为 jobname.opt。 如何读取数据库文件 (OPLOOP)，缺省为从头读起，并且忽略 DV 参数的定义。 打印输出控制 (OPPRNT)，缺省为删除细节。 保存最优设计选项 (OPKEEP)。允许一旦产生，就保留最优设计。 缺省为 OFF（不保留）。 用上述命令或 Design Opt Controls,M4-55,搜寻设计域 - 过程 乘子工具,选择乘子工具 指定完全或分数乘子