ANSYS课程论文：运用ANSYSWorkbench优化设计-图文.

题目 运用ANSYS Workbench优化设计 课程 CAE CFD分析基础 院系 化工与能源学院 专业 安全工程二班 姓名 张辉 学号 20090350227 指导教师 周俊杰 郑州大学 2011年12月25日 运用ANSYS Workbench优化设计 摘要 优化设计是工程界较为关注的领域 本文阐述了ANSYS软件设计优化程序 的原理及具体设计步骤 并举了一个实例 结果表明 基于ANSYS的合理结构设计能 够在满足安全性的前提下节省材料 获得很大的经济效率 一 前言 ANSYS系列软件是融合结构 热 流体 电磁 声于一体的大型通用多物理场有 限元分析软件 在我国广泛应用于航空航天 船舶 汽车 土木工程 机械制造等行业 ANSYS Workbench Environment AWE是ANSYS公司开发的新一代前后处理环境 并且定为于一个CAE协同平台 该 环境提供了与CAD软件及设计流程高度的集成性 并且新版本增加了ANSYS很多软 件模块并实现了很多常用功能 使产品开发中能快速应用CAE技术进行分析 从而减 少产品设计周期 提高产品附加价值 现今 对于一个制造商 产品质量关乎声誉 产品利润关乎发展 所以优化设计在 产品开发中越来越受重视 并且方法手段也越来越多 从易用性和高效性来说AWE 下的DesignXplorer模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案 CAD模型需改进的 设计变量可以传递到AWE环境下 并且在DesignXplorer VT下设定好约束条件及设 计目标后 可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表 本文将结合实际应用介 绍如何使用Pro E和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程 二 优化方法与CAE 在保证产品达到某些性能目标并满足一定约束条件的前提下 通过改变某些允 许改变的设计变量 使产品的指标或性能达到最期望的目标 就是优化方法 例如 在 保证结构刚强度满足要求的前提下 通过改变某些设计变量 使结构的重量最轻最合 理 这不但使得结构耗材上得到了节省 在运输安装方面也提供了方便 降低运输成本 再如改变电器设备各发热部件的安装位置 使设备箱体内部温度峰值降到最低 是 一个典型的自然对流散热问题的优化实例 在实际设计与生产中 类似这样的实例不 胜枚举 优化作为一种数学方法 通常是利用对解析函数求极值的方法来达到寻求最优 值的目的 基于数值分析技术的CAE方法 显然不可能对我们的目标得到一个解析函 数 CAE计算所求得的结果只是一个数值 然而 样条插值技术又使CAE中的优化成 为可能 多个数值点可以利用插值技术形成一条连续的可用函数表达的曲线或曲面 如此便回到了数学意义上的极值优化技术上来 样条插值方法当然是种近似方法 通 常不可能得到目标函数的准确曲面 但利用上次计算的结果再次插值得到一个新的 曲面 相邻两次得到的曲面的距离会越来越近 当它们的距离小到一定程度时 可以认 为此时的曲面可以代表目标曲面 那么 该曲面的最小值 便可以认为是目标最优值 以上就是CAE方法中的优化处理过程 一个典型的CAD与CAE联合优化过程通常需 要经过以下的步骤来完成 1 参数化建模 利用CAD软件的参数化建模功能把将要参与优 化的数据 设计变量定义为模型参数 为以后软件修正模型提供可能 2 CAE求解 对参数化CAD模型进行加载与求解 3 后处理 约束条件和目标函数 优化目标提取出来供优化处理器进行优化参数 评价 4 优化参数评价 优化处理器根据本次循环提供的优化参数 设计变量 约束条 件 状态变量及目标函数与上次循环提供的优化参数作比较之后确定该次循环目标 函数是否达到了最小 或者说结构是否达到了最优 如果最优 完成迭代 退出优化循环 圈 否则 进行下步 5 根据已完成的优化循环和当前优化变量的状态修正设计变量 重新投入循环 下图是AWE环境下数值优化的过程框图 图1AWE环境下数值优化的过程框图 三 一个简单实例 问题描述 对一个支架原始模型进行星转拓扑优化计算 在确保其承载能力的基 础上减重20 图2 图3 图2 3中红色区域为建议挖去部分 从图中可以看出 于是设计在减轻20 的质量 后 结构强度依然满足设计需要 以下为设计过程 Project Contents Units Model A4 o Geometry Solid o Coordinate Systems o Mesh Mesh Controls o Shape Optimization A5 Analysis Settings Loads Solution A6 Solution Information Shape Finder Material Data o Structural Steel Units TABLE1 Model A4 Geometry TABLE2 Model A4 Geometry TABLE3 Model A4 Geometry Parts Coordinate Systems TABLE4 Model A4 Coordinate Systems Coordinate System Mesh TABLE5 Model A4 Mesh TABLE6 Model A4 Mesh Mesh Controls Shape Optimization A5 TABLE7 Model A4 Analysis TABLE8 Model A4 Shape Optimization A5 Analysis Settings TABLE9 Model A4 Shape Optimization A5 Loads Solution A6 TABLE10 Model A4 Shape Optimization A5 Solution TABLE11 Model A4 Shape Optimization A5 Solution A6 Solution Information TABLE12 Model A4 Shape Optimization A5 Solution A6 Results Material Data Structural Steel Structural Steel Constants TABLE14 Structural Steel Compressive Ultimate Strength TABLE15 Structural Steel Compressive Yield Strength TABLE16 Structural Steel Tensile Yield Strength Structural Steel Tensile Ultimate Strength TABLE18 Structural Steel Isotropic Secant Coefficient of Thermal Expansion TABLE19 Structural Steel Alternating Stress Mean Stress 1 38e 008 1 e 0050 1 14e 008 2 e 0050 8 62e 007 1 e 0060 TABLE20 Structural Steel Strain Life Parameters TABLE21 Structural Steel Isotropic Elasticity TABLE22 Structural Steel Isotropic Relative Permeability 四 结论 通过ANSYS在优化设计上的介绍及具体算例分析可得如下结论 1通过了解ANSYS设计优化的基本原理 并将其应用于结果设计 在降低材料消耗等 方面获得很大的经济效率 2 基于APDL的ANSYS设计技术 是一种不用编写程序就可以采用计算机解决