二、 优化办法与CAE

ABAQUS相关阅读 1 二 优化办法与CAE ABAQUS相关阅读 2 一 前言一天比一天紧张的市场竟争已使工业产品的预设与出产厂家越来越明白地认识到 能比另外的人更快地推出优秀的新产品 就能占据更多的市场 为此 CAE办法作为能缩减产品研发周期的得力工具 被越来越次数多地引入了产品的预设与出产的各个环节 以增长产品的竞争力 从对已预设产品质性格能的简单校核 逐层进展到对产品质性格能的正确预先推测 再到产品办公过程的非常准确摹拟 要得许多人对CAE办法饱含信任 不过 增长产品竞争力不惟需求增长产品的性能与品质 并且要降产量低品的成本 因为这个许多人需求找到最合理和最经济的预设方案 固然剖析担任职务的人可以不厌烦其烦地在荧幕前一次次改正预设参变量以寻觅最理想方案 但缩减研发周期的压力一般要求分秒必争 许多人有可能没有更多的时间对数值参变量施行手工调试 最优化技术引入CA ABAQUS相关阅读 3 E办法使许多人从多而重的凑短期工作中解脱出来 同时CAE也达到一个新高度 二 优化办法与CAE在保障产品达到某些性能目的并满意一定约束条件的前提下 经过变更某些准许变更的预设变量 使产品的指标或性能达到最希望的目的 就是优化办法 例如 在保障结构坚强度满意要求的前提下 经过变更某些预设变量 使结构的重量最轻 这不惟要得结构耗材上获得了节约 在运送安装方面也供给了便捷 减低运送成本 再如变更电器设施各发热器件的安装位置 使设施箱体内里温度峰值降到最低 是一个典型的天然对流散热问题的优化实际的例子 在实际预设与出产中 大致相似这么的实际的例子不胜穷举 优化作为一种算术办法 一般是利用对解析函数求极值的办法来达到征求最优值的目标 基于数字剖析技术的CAE办法 显然没可能对我们的目的获得一个解析函数 CAE计算所求得的最 ABAQUS相关阅读 4 后结果只是一个数字 不过 样条插值技术又使CAE中的优化变成有可能 多个数字点可以利用插值技术形成一条蝉联的可用函数表现的曲线或球面 这么便回到达算术意义上的极值优化技术上来 样条插值办法当然是种近似办法 一般没可能获得目的函数的正确球面 但利用上次计算的最后结果再次插值获得一个新的球面 相邻两次获得的球面的距离会越来越近 当他们的距离小到一定程度时 可以觉得此时的球面可以代表目的球面 那末 该球面的最小值 便可以觉得是目的最优值 以上就是CAE办法中的优化处置过程 一个典型的CAE优化过程一般需求通过以下的步骤来完成 参变量化建模 利用CAE软件的参变量化建模功能把即将参加优化的数值 预设变量 定义为板型参变量 为往后软件修正板型供给有可能 求解 对结构的参变量化板型施行加载与求解后处置 把状况变量 约束条件 ABAQUS相关阅读 5 和目的函数 优化目的 提出取得出来供优化处置器施行优化参变量名声 优化参变量名声 优化处置器依据本次循环供给的优化参变量 预设变量 状况变量及目的函数 与上次循环供给的优化参变量作比较在这以后确认该次循环目的函数是否达到达最小 还是说结构是否达到达最优 假如最优 完成迭代 退出优化循环圈 否则 施行下步 依据已完成的优化循环和现时优化变量的状况修正预设变量 从新投入循环 三 CAE办法中优化技术的独特的地方从以上的过程我们也许已经看见CAE优化过程的某些基本特点标志 如计算板型的参变量化 迭代过程的半自动性等 但作为优化技术与CAE办法的完美接合的产物 CAE优化办法定然有比之更浩博的独特的地方 首先 现代CAE技术的进展已使许多人的剖析领域扩展到达各行各业的每个角落 所研讨问题的深度及综合程度都在逐层增长 ABAQUS相关阅读 6 研讨者的视线已从纯一场剖析转向了多场耦合剖析 以寻求更为真实的摹拟最后结果 CAE软件的优化技术的适合范围也定然随之扩展 不惟要求它能解决各种单场问题 并且应当小聪明理多场耦合过程的优化 交通工具 潜水艇 飞机等设施预设过程中等会思索问题优化其外形使更有帮助于在高速行走时减损流体阻力 而同时不可少虑外形的改变是否有损于设施的其他如力学和热学方面的性能 可见天真的流体动力学优化只能解决一方面问题 而只有将其内里设施的力学或热学问题耦合剖析 能力真正完整的解决问题 其次 一个优化迭代过程一般是以前处置着手 通过建模 分网 加载 求解和后处置 而优化问题一般需求较多的迭代能力收敛 因为这个 软件具备一统的数值库是高效的CAE优化过程的前题 这种一统指的是前后处置数值与求解所用的数值应当在同一个数值库中 而不是通清点数目据文件 ABAQUS相关阅读 7 来传交 这必然减低优化过程的速率 额外 大多数经过文件来传交数值的软件的前处置与求解器之间并不绝对支持 前处置的数值文件往往在投入求解器之前需求手工改正 这与优化过程的半自动性是相反感的 这种事情状况一但发生并且不可以回避时 要不让步 要不再为数值文件编织半自动改正手续 第三 优化过程其实是一个不断半自动修正预设参变量的过程 所以要想保障优化过程的流畅 CAE软件务必具备完善高效的参变量流程扼制技术 流程扼制过程中 不惟要求即将优化的设统计据可以参变量化 并且要求这种流程扼制具备判断分支与循环的有经验以使软件可以半自动对付大型问题在优化过程中显露出来的各种复杂事情状况 第四 高精密度网格是成功的有限元剖析的关键因素之一 一个令人满意的CAE软件要想美好地处置优化过程 特别是式样优化问题 必备智能的网格区分清楚器 ABAQUS相关阅读 8 以解决板型在式样参变量变动猛烈时显露出来的网格奇化问题 第五 现代的CAE软件一般具有也应该具有非线性处置有经验 而非线性问题的收敛扼制曾令无数英雄竟折腰 一般增长非线性问题收敛性的手眼应视具体事情状况表决 而对于一个非线性问题的优化过程 往往会因五花八门的因素而影响收敛 但优化过程是手续半自动扼制迭代的 人不可以过多参加 因为这个 非线性收敛的智能扼制技术对非线性优化问题是不可以或缺的 谈起非线性 许多人或许会想起一种被称作显式积分的求解技术 这种技术一般被用来求解高速变型和高度非线性问题 与常用于求解静态或慢速动力学问题的隐式求解技术互补优缺 相受益彰 大多数的问题我们可以只挑选合宜的一种来求解 但并不是全部的问题都可以这么迥然分开 譬如冲压及回弹过程摹拟 一般认为合适而使用显式形式摹拟冲压过程 认为合适 ABAQUS相关阅读 9 而使用隐式形式摹拟回弹过程 那末在这处就定然有一个显式到隐式的切换过程 假如只是天真摹拟这两个过程 这种切换手工完成亦无不可以 但对于人不因过多参加的优化过程 这种切换假如不可以半自动施行 那末这类问题的优化剖析基本不可以完成 当软件应用水准到了一定高度往后 许多人有可能会想到试验一种合作优化的形式 就是说 同一办公组的多个联网的办公机并肩来优化同一个问题 一般同一个办公组中各个办公机的型号品牌甚至于操作系统都有可能不一样 那末不一样平台的数值库的不兼容问题有可能会使这么一个发明性的试验变成落空的事情 当然 不是全部软件都存在这个问题 当今一个流行的CAE软件 ANSYS在这个问题上技压各种美丽芳草 加上她的一点其他独特的地方 使她变成到现在为止话题中值当一提的角色 ANSYS是一个结集构 热 电磁 流体剖析有 ABAQUS相关阅读 10 经验于一身的CAE软件 可以施行多场耦合剖析 她具备较坚强雄厚的前后处置有经验 特别在智能网格区分清楚器上有卓然独特的地方 她具备较强的显式或隐式非线性求解有经验 并且显式 隐式可以恣意半自动切换 非线性的收敛扼制具备智能化 对于大部分数工程问题不需人工过问便能完成非线性问题的收敛 她还有一个被其用户崇尚 无所不可以 的参变量化预设语言 APDL 该语言具备参变量 算术函数 宏 子过程 判断分支及循环等高级语言要素 是一个理想的手续流程扼制语言 她的前后处置及求解数值库的一统性及不一样平台数值库兼容的独特的地方使她很适应于施行高级的优化剖析 四 一个CAE优化的例子二滩电站的水轮泵组是到现在为止截止我国所认为合适而使用的单机容积最大机组 蜗壳直径达20米 地下结构式样如图所示 它由两局部组成 一小批是由两个圆环板 ABAQUS相关阅读 11 和20个固定导叶烧焊而成的座环结构 它构成了壳体局部的支架 另一小批是由25段圆锥筒首尾烧焊而成的壳体结构 每段圆锥筒直径不一样 厚度也不一样 同时各段并不是完整的圆锥筒 而是沿轴向切去一小批 保存局部的轴向直边沿周向烧焊在上下环板的某位置 该位置的挑选对整个儿蜗壳内部策应力散布起着关键性的效用 假如此位置挑选得好 可使蜗壳内部策应力散布趋于平均 减低整个儿结构中的最大应力 这么可以在一定程度上减损蜗壳壳体及座环上下环板的厚度 以达到减损其大小或重量因此减损材料 加工 运送及安装成本的目标 所以 本剖析的目标是 在保障流道水利工程特别的性质和整个儿结构的最大应力不超过允许应力 厂家供给的整个儿结构最大不应超过的等效应力值160MPa 的前提下 挑选壳体与上下座环的烧焊位置以及座环环板和壳体材料的厚度 使整个儿结构的重量 ABAQUS相关阅读 12 最轻 蜗壳地下结构式样该问题的可优化参变量 共18个 为13个壳体厚度 1个环板厚度 4个焊结位置 其它位置为该四点的线性插值 是一个预设变量很多的流固耦合优化问题 同时需求思索问题流道的水利工程特别的性质 即流道剖面平面或物体表面的大小不能减小 建模过程充分利用了ANSYS的参变量化建模功能 使用APDL语言树立了本问题的参变量化板型 利用SHELL63 壳单元 剖分了环板及壳壁 利用SOLID45剖分了导叶 流体板型认为合适而使用Fluid142单元剖分 本问题优化的目的函数是结构总大小 经过对优化前后的数值比较发觉结构的总大小给予优待化前的56 84减低到52 26 减低量是原预设的8 额外 优化后壳壁水压趋于平而光滑 结构内部策应力散布趋于平均 以下是优化前后结构的应力散布图 优化前优化后五 进展中的 AB