ANSYS的可靠性分析实例-PDS例题.doc

如图所示，两边固定方板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： 方板边长100mm，板厚1mm，板材加工精度误差等于,服从均匀分布； 材料弹性模量2.1e5Mpa，服从高斯分布。标准方差是均值的0.05倍； 密度均值8000kg/mm3，集中载荷只能是正值，服从LOG1分布，标准方差为均值的10%;图1在上述条件下，板的最大变形和固定边界的最大等效应力的输出为随机行为，具体研究内容如下： 检查统计结果，确定PDS是否执行了足够多的仿真循环计算数目； 确定最大变形低于指定值的概率； 计算随机响应结果相对于随机输入参数的灵敏度值； 生成输出参数相对于最重要输入参数的离散图；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PDS-PLATE-LOOP.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PDS-PLATE-LOOP.mac，其内容如下：L=100 !定义设计变量TH=1 YOUNG=21.E5 DENSITY=8E-6 FORCE=100/PREP7 !定义材料MP,EX,1,YOUNGMP,NUXY,1,0.3MP,DENS,1,DENSITYET,1,SHELL63 !定义单元类型和实常数R,1,TH,TH,TH,THRECTNG,L,L, !画板LSEL,ALL !划分网格LESIZE,ALL,16AMESH,ALLFINISH/SOLU NSEL,S,LOC,X,0,0 !选择X=0处节点约束D,ALL,ALL,0NSEL,S,LOC,X,L,L !选择X=L处节点约束D,ALL,ALL,0NSEL,S,LOC,X,0.5*L,0.5*L !选择X=0.5L，Y=0.5L处节点加载NSEL,R,LOC,Y,0.5*L,0.5*LF,ALL,FZ,FORCE ALLSEL !选择所有节点SOLVE !求解FINISH/POST1NSEL,ALL !选择所有节点NSORT,U,Z,1,1 !将节点位移排序*GET,UMAX,SORT,0,MAX !将节点最大位移存在UMAX中NSEL,S,LOC,X,0 !选择X=0处节点约束NSEL,A,LOC,X,L,L !再选择X=L处节点约束NSORT,S,EQV,1,1 !按照应力绝对值的升序排序*GET,SMAX,SORT,0,MAX !将节点最大应力存到SMAX中2. 清除内存。选择菜单Utility MenuFileClear & Start New第三步：运行PDS-PLATE-LOOP.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PDS-PLATE-LOOP.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PDS-PLATE-LOOP.mac。6. 定义概率设计中的5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5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L，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L-0.1, Upper Boundary输入L+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TH，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YOUNG，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YOUNG, Standard deviation输入0.05*YOUNG,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DENSITY，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0.5*DENSITY, Upper Boundary输入1.5*DENSITY,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FORCE，在Distribution Type列表中选择Lognormal LOG1，单击OK按钮，接着弹出Quantify Lognormal Distribution对话框，Mean value输入FORCE, Standard deviation输入0.1*FORCE,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. 定义随机输出参数。选择菜单Main MenuProb DesignRandom Output，弹出Random Output Variables对话框，分别定义2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UMAX，然后单击OK返回Random Output Parameter对话框。 单击Add弹出Define a Random Output Variable对话框，在Select Parameter列表中选中SMAX，然后单击OK返回Random Output Parameter对话框。 单击Close，关闭Random Output Variable对话框。8. 选择直接monte carlo模拟方法进行概率设计，使用40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Latin Hyprcube,单击OK弹出Options for Direct Monte Carlo Sampling对话框，设置如图2所示。点击OK求解。 图2 图3（对于第8步，也可采用响应面法。具体操作如下：选择菜单Main MenuProb DesignProb MethodResponse Surface,弹出Parameters for Response Surface Analysis对话框，选择Centrl Composite,单击OK弹出DOE-Levels for a Central Composite Design对话框，点击OK求解。）9. 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3所示。确定执行可靠性分析计算。第五步：查看概率分析结果10. 查看UMAX样本历史。选择菜单Main MenuProb DesignProb ResultsStatisticsSampl History，弹出Plot the Sampling History对话框，设置如图4所示。点击OK绘制如图5所示样本趋势图。图4 图5 11. 查看SMAX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6所示。点击OK绘制如图7所示样本趋势图，从图中可以看出趋向未平稳，说明抽样次数还不够。图6 图712. 查看UMAX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8所示。单击OK，绘制如图9所示UMAX柱状图。图8 图913. 查看UMAX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10所示。单击OK，得到如图11所示UMAX的累积分布函数图。图10 图1114. 计算变形小于0.0548的概率，选择菜单Main MenuProb DesignProb ResultsStatisticsProbabilisties弹出Plot probabilitics from probabilistic Results对话框，设置如图12所示。如图13所示，显示概率等于98.25%。图12 图1315. 绘制随机结果SMAX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SMAX的灵敏度分析结果如图15所示。 图14 图1516. 绘制UMAX对TH的散点图。选择菜单Main MenuProb DesignProb ResultsTrendsScatter Plot，弹出Scatter Plot of Random Parameter对话框，设置如图16所示。绘制出如图17所示TH-UMAX散点图。 图16 图1717. 自动生成PDS报告 首先，设置报告内容选项，选择菜单Main MenuProb DesignProb ResultsReportReport Options，弹出Options for the HTML Report对话框，全部采用缺省设置，单击OK完成设置。接着，生成自动报告，选择菜单Main MenuProb DesignProb ResultsReportGenerate Report，弹出Write a HTML Report about Probabilistic Analysis对话框，在FILE里输入SIMPLE PLATE ANALYSIS。单击OK，自动生成PDS计算报告，报告存放在工作目录中。打开文件，如图18所示。图18命令流方式：/CWD,E:PDS *CREATE,PDS-PLATE-LOOP,MAC !开始定义宏文件L=100 !定义设计变量TH=1 YOUNG=21.E5 DENSITY=8E-6 FORCE=100/PREP7 !定义材料MP,EX,1,YOUNGMP,NUXY,1,0.3MP,DENS,1,DENSITYET,1,SHELL63 !定义单元类型和实常数R,1,TH,TH,TH,THRECTNG,L,L, !画板LSEL,ALL !划分网格LESIZE,ALL,16AMESH,ALLFINISH/SOLU NSEL,S,LOC,X,0,0 !选择X=0处节点约束D,ALL,ALL,0NSEL,S,LOC,X,L,L !选择X=L处节点约束D,ALL,ALL,0NSEL,S,LOC,X,0.5*L,0.5*L !选择X=0.5L，Y=0.5L处节点加载NSEL,R,LOC,Y,0.5*L,0.5*LF,ALL,FZ,FORCE ALLSEL !选择所有节点SOLVE !求解FINISH/POST1NSEL,ALL !选择所有节点NSORT,U,Z,1,1 !将节点位移排序*GET,UMAX,SORT,0,MAX !将节点最大位移存在UMAX中NSEL,S,LOC,X,0 !选择X=0处节点约束NSEL,A,LOC,X,L,L !再选择X=L处节点约束NSORT,S,EQV,1,1 !按照应力绝对值的升序排序*GET,SMAX,SORT,0,MAX !将节点最大应力存到SMAX中*END !结束定义宏文件FINISH /CLEARPDS-PLATE-LOOP,MAC !初始化分析过程/PDSPDANL,PDS-PLATE-LOOP,MAC !进入PDS处理器，指定分析文件PDVAR,L,UNIF,L-0.1,L+0.1 !L，均匀分布，L-0.1L+0.1PDVAR,TH,UNIF,TH-0.1,TH+0.1 !TH，均匀分布，TH-0.1TH+0.1 PDVAR,YOUNG,GAUS,YOUNG,0.05*YOUNG !高斯分布，均值YOUNG,标准差0.05*YOUNGPDV