ANSYS的可靠性分析实例-PDS例题2.doc

如图所示，三根铰接杆承受集中力载荷模型。其尺寸和材料属性均是不确定的输入参数。随机条件如下： 截面积 A1均值为10mm2，标准差为0.05mm，服从高斯分布 截面积A2最小值为10,最可能的值为11,最大值为12，服从三角分布 截面积A3最小值为9,最大值为11，服从均匀分布 定义输入变量A1与A3之间的关系,相关系数为0.2图1在上述条件下，杆件的最大轴向应力的输出SIG1、SIG2、SIG3为随机行为，具体研究内容如下： 观察变量的抽样过程，确定PDS是否执行了足够多的仿真循环计算数目； 绘制SIG1响应历史曲线； 绘制SIG2的分布柱状图； 对VTOT进行灵敏度分析；GUI操作方式：第一步： 设置工作目录：Utility MenuFileChange Directory第二步：创建PDS分析文件，即仿真循环文件PDS3BAR.mac1. 分析文件是为了在概率分析过程中使用而创建的。利用文本编辑器或根据LOG文件整理，在ANSYS当前工作目录中创建PDS3BAR.mac，其内容如下：*SET,a1,10 !初始化设计变量*SET,a2,10 *SET,a3,10 /PREP7 ET,1,LINK1 !定义单元和材料 MP,EX,1,2.1E5MP,NUXY,1,0.3R,1,a1 !定义实常数 R,2,a2 R,3,a3 N,1,0,0,0 !生成节点N,2,10,0,0 N,3,20,0,0 N,4,10,-10,0REAL,1 !生成有限元模型E,1,4REAL,2E,2,4REAL,3E,3,4FINISH/SOLU !加载求解D,1,ALL, , ,3 F,4,FX,20000 F,4,FY,-20000 SOLVE FINISH /POST1 SET,FIRST ETABLE,VOLU,VOLU, !将单元体积放入表VOLU中ETABLE,AXST,LS,1 !将单元应力放入表AXST中*GET,sig1,ELEM,1,ETAB,AXST !sig1=单元1的轴向应力*GET,sig2,ELEM,2,ETAB,AXST *GET,sig3,ELEM,3,ETAB,AXST SSUM !将单元表格内数据求和*GET,VTOT,SSUM, ,ITEM,VOLU !提取结构总体积FINISH2. 清除内存。选择菜单Utility MenuFileClear & Start New第三步：运行PDS3BAR.mac宏文件，执行初始化的分析过程3. 执行初始化的分析过程。选择菜单Utility MenuFileRead Input from，弹出对话框，查找到上一步创建的PDS3BAR.mac宏文件。第四步：进入概率设计求解器执行PDS求解。4. 进入PDS处理器。选择菜单Main MenuProb Design5. 指定分析文件。选择菜单Main MenuProb DesignAnalysis FileAssign，弹出Assign Deterministic Model File对话框，单击Browse按钮，在计算机系统中查找并选中准备好的分析文件PDS3BAR.mac。6. 定义概率设计中的3个随机输入参数。选择菜单Main MenuProb DesignRandom Input，弹出Random Input Variables对话框，分别定义3个随机输入变量： 单击ADD按钮弹出Define Random Variable对话框，在Select a Parameter列表中选择A1，在Distribution Type列表中选择GAUSS GAUS(高斯分布)，单击OK按钮，接着弹出Quantify Gaussian Distribution对话框，Mean value输入10, Standard deviation输入0.5,然后单击OK返回Define Random Variable对话框。 单击ADD按钮弹出Define Random Variable对话框，在Select a Parameter列表中选择A2，在Distribution Type列表中选择Triangular TRTA(三角分布)，单击OK按钮，接着弹出Quantify Triangular Distribution对话框，Lower Boundary输入TH-0.1, Upper Boundary输入TH+0.1,然后单击OK返回Define Random Variable对话框。 单击ADD按钮弹出Define Random Variable对话框，在Select a Parameter列表中选择A3，在Distribution Type列表中选择Uniform UNIF(均匀分布)，单击OK按钮，接着弹出Quantify Uniform/Rectangular Distribution对话框，Lower Boundary输入9, Upper Boundary输入11,然后单击OK返回Define Random Variable对话框。 单击Close，关闭Random Input Variables对话框。7. 定义随机输入参数的相关系数。选择菜单Main MenuProb DesignCorrelation，弹出Add/Edit or Delete Correlation对话框。选择A1和A2，单击OK，打开Add/Edit a Correlation对话框，输入相关系数0.2，如图2和图3所示。 图2图38. 定义随机输出参数。选择菜单Main MenuProb DesignRandom Output，弹出Random Output Variables对话框，分别定义4个输出变量： 单击Add弹出Define a Random Output Variable对话框，在Select Parameter列表中选中SIG1，然后单击OK返回Random Output Parameter对话框。 用如上定义方法定义输出变量SIG2、SIG3和VTOT。 单击Close，关闭Random Output Variable对话框。9. 选择直接monte carlo模拟方法进行概率设计，使用100个抽样点，初始化种子值为123457。选择菜单Main MenuProb DesignProb MethodMonte Carlo Sims,弹出Monte Carlo Simulations对话框，选择Direct Sampling,单击OK弹出Options for Direct Monte Carlo Sampling对话框，设置如图4所示。点击OK求解。 图4 图510. 执行单机概率设计循环仿真计算。选择菜单Main MenuProb DesignRunExec Serial Run Serial，弹出Run Probabilistic Analysis对话框，设置如图5所示。确定执行可靠性分析计算。第五步：查看概率分析结果11. 查看SIG1样本历史曲线。选择菜单Main MenuProb DesignProb ResultsStatisticsSampl History，弹出Plot the Sampling History对话框，设置如图6所示。点击OK绘制如图7所示样本趋势图。图6 图7 12. 查看SIG1均值历史，选择菜单Main MenuProb DesignProb ResultsStatisticsSampl History，弹出Plot the Sampling History对话框，设置如图8所示。点击OK绘制如图9所示样本趋势图，从图中可以看出趋向平稳，说明抽样次数足够。图8 图913. 查看SIG2柱状图，选择菜单Main MenuProb DesignProb ResultsStatisticsHistogram，弹出Plot histogram of probabilistic variable对话框，设置如图10所示。单击OK，绘制如图11所示SIG2柱状图。图10 图1114. 查看SIG3累积分布函数，选择菜单Main MenuProb DesignProb ResultsStatisticsCumulativeDF ，弹出Plot CFD of a probabilistic variable对话框，设置如图12所示。单击OK，得到如图13所示SIG3的累积分布函数图。图12 图1315. 绘制随机结果VTOT的灵敏度图。选择菜单Main MenuProb DesignProb ResultsTrendsSensitivities，弹出Sensitivity of a Parameter对话框，设置如图14所示。所到VTOT的灵敏度分析结果如图15所示。图14 图1516. 拟合响应面方程。选择菜单Main MenuProb DesignResponse SurfFit Resp Surf，弹出Fit a Response Surface for an Output Parameter对话框，设置分析文件明“RSM3BAR”，选择拟合函数为SIG1，用不带交叉项的模型拟合，设置如图16所示，点击OK，打开Fit a Response Surface for an Output Parameter对话框，设置置信水平为0.95，点击OK，拟合响应面方程。17. 查看响应面方程。选择菜单Main MenuProb DesignResponse SurfPrn Resp Surf，弹出Print a Response Surface for an Output Parameter对话框，点击OK，得到响应面方程的查看文件如图 17所示。图16 图17命令流方式：*CREATE,PDS3BAR,MAC !生成宏pds3bar作为可靠性分析文件*SET,a1,10 !初始化设计变量*SET,a2,10 *SET,a3,10 /PREP7 ET,1,LINK1 !定义单元和材料 MP,EX,1,2.1E5MP,NUXY,1,0.3 R,1,a1 !定义实常数 R,2,a2 R,3,a3 N,1,0,0,0 !生成节点N,2,10,0,0 N,3,20,0,0 N,4,10,-10,0REAL,1 !生成有限元模型E,1,4REAL,2E,2,4REAL,3E,3,4FINISH/SOLU !加载求解D,1,ALL, , ,3 F,4,FX,20000 F,4,FY,-20000 SOLVE FINISH /POST1 SET,FIRST ETABLE,VOLU,VOLU, !将单元体积放入表VOLU中ETABLE,AXST,LS,1 !将单元应力放入表AXST中*GET,sig1,ELEM,1,ETAB,AXST !sig1=单元1的轴向应力*GET,sig2,ELEM,2,ETAB,AXST *GET,sig3,ELEM,3,ETAB,AXST SSUM !将单元表格内数据求和*GET,VTOT,SSUM, ,ITEM,VOLU !提取结构总体积FINISH*end !结束宏定义/INP,PDS3BAR,MAC !执行宏操作/PDS !进入可靠性分析模块pdan1,PDS3BAR,MAC !指定分析文件 PDVAR,A1,GAUS,10,0.5 !定义输入变量 A1服从高斯分布PDVAR,A2,TRIA,10,11,12 !A2服从三角分布PDVAR,A3,UNIF,9,11 !A2服从均匀分布PDCORR,A1,A3,0.2, !定义输入变量A1与A3之间的关系,相关系数为0.2PDVAR,SIG1,RESP !定义输出结果变量PDVAR,SIG2,RESP PDVAR,SIG3,RESP PDVAR,VTOT,RESP PDMETH,MCS,DIR !设置可靠性分析方法：直接monte carlo抽样法PDDMCS,100,NONE,ALL,123457 !设置分析循