设计优化_练习附录

1、W-1,3B.优化设计六角钢盘,描述 一个设计笨重的钢盘，承受 50 MPa 的拉伸载荷，需要进行优化，以减小重量而能承受最大冯密塞斯应力 150 Mpa为限。 可以允许改变厚度 t1 和过渡圆角半径 fil. 属性： Thickness = 10 mm E = 2.07e5 MPa n = 0.3,40,100,fil,W-2,3B. 优化设计 六角钢盘,指导 1.调用 ANSYS （或清楚数据库）并改变 jobname 为 hexplate。 2.通过读分析文件hexplate.lgw （由练习 2B建立）来建立初始设计。 Utility Menu File Read Input from

2、 双击 hexplate.lgw 3.调用优化程序并确定分析文件。 Main Menu Design Opt -Analysis File- Assign 选择 hexplate.lgw 并按 OK,W-3,3B. 优化设计 六角钢盘,4.确定优化变量。 4a.设计变量： (Design Opt) Design Variables Add NAME = T1 MIN = 20.5 MAX = 40 Apply NAME = FIL MIN = 5 MAX = 15 Apply Close,W-4,3B. 优化设计 六角钢盘,4b.状态变量： (Design Opt) State Variabl

3、es Add NAME = SMAX MIN = leave blank MAX = 150 Apply Close 4c.目标函数： (Design Opt) Objective NAME = VTOT TOLER = 1.0 OK,W-5,3B. 优化设计 六角钢盘,5.进行优化。进行优化。这牵涉到要指定运行时控制和优化方法，保存优化数据库，以及进行优化。 5a.运行时控制： (Design Opt) Controls Change OPKEEP setting from “Do not save” to “Save” OK 5b.优化方法： (Design Opt) Method/Too

4、l MNAME = Sub-Problem OK OK on the next dialog,W-6,3B. 优化设计 六角钢盘,5c.保存 OPT 数据库： (Design Opt) -Opt Database- Save Filename = hexplate.opt0 OK 5d.进行优化： (Design Opt) Run 查看设计集，并按 OK,W-7,3B. 优化设计 六角钢盘,6.查看结果。由列出设计集开始，然后绘制目标函数和状态变量对设计集号的图形。 6a.列出设计集： (Design Opt) -Design Sets- List List option = ALL sets

5、 OK,W-8,3B. 优化设计 六角钢盘,6b.绘图： (Design Opt) Graphs/Tables X-variable parameter = Set number Y-variable paramter = VTOT OK,W-9,3B. 优化设计 六角钢盘,6b.绘图（续）： (Design Opt) Graphs/Tables X-variable parameter = Set number Y-variable paramter = SMAX. (Also unhighlight VTOT by clicking on it.) OK,W-10,3B. 优化设计 六角钢

6、盘,7.查看结果的下一步是保存最优设计。但是，首先要将优化设计库保存为文件： (Design Opt) -Opt Database- Save Filename = hexplate.opt1 OK Main Menu Finish Input window: resume,hexplate,bdb /post1 file,hexplate,brst lplot,W-11,3B. 优化设计 六角钢盘,7.（续） Main Menu General Postproc -Read Results- First Set (General Postproc) Plot Results Nodal So

7、lu Item, Comp = Stress, von Mises SEQV OK,W-12,3B. 优化设计 六角钢盘,7.（续） Utility Menu PlotCtrls Style Displacement Scaling. DMULT = 0.0 (off) OK Utility Menu PlotCtrls Style Symmetry Expansion Periodic/Cyclic Symmetry. User specified OK NREPEAT = 6 TYPE = Polar PATTERN = Alternate Symm DX, DY, DZ = 0, 60,

8、 0 OK,W-13,3B. 优化设计 六角钢盘,W-14,3B. 优化设计 六角钢盘,13.退出分析： Toolbar QUIT 选择 Quit - No Save!，然后 OK,W-15,4. 搜寻设计域六角钢盘,描述 对前面练习中的六角钢盘进行梯度和扫描优化方法的研究。,40,100,fil,W-16,4. 搜寻设计域 六角钢盘,指导 1.调用 ANSYS （或清除数据库）并改变 jobname 为 hex2。 2.恢复由优化得到的最优数据库 hexplate.bdb. 3.调用优化数据库并恢复优化数据库文件 hexplate.opt1。 4.用梯度工具，以最优设计为参考点，并检查设计对

9、设计变量 t1 和 fil的敏感性。 看哪个设计变量对设计更有影响。 5.重复步骤3。 6.运用扫描工具，以最优设计为参考点，每个DV 用 3 次扫描。现在找出该设计的全局敏感性。 7.如果时间允许，再次运行扫描工具，这次每DV用 4 或 5次扫描 。注意全局敏感性曲线有任何的不同吗？,W-17,5A.优化设计, II带肋托盘,描述 一个塑料带肋盘作重量最轻的优化， 要求： 最大变形 1.0 mm 最大等效应力 22.5 MPa,属性： E = 3100 MPa n = 0.35 载荷： 0.15-MPa 顶面压力,W-18,5A.优化设计, II带肋托盘,描述（续） 允许改变长短肋数，盘厚和

10、长短肋厚，以及长短肋下的间距。,W-19,5A.优化设计, II带肋托盘,指导 1.查看分析文件 tray.inp。 注意 ，NINT 函数 （最接近的整数）的应用来产生肋。本例描述离散设计变量的应用。 2.调用 ANSYS （或清除数据库），改变 jobname 为 tray，并由 tray.inp读入输入文件。 3.调用优化程序并指定 tray.dat 为分析文件。,W-20,5A.优化设计, II带肋托盘,4.指定优化变量。 设计变量如下： 1.0 TKTRAY 3.0（盘厚） 1.0 TKLRIB 2.5（长肋厚） 1.0 TKSRIB 2.5 （短肋厚） 1 NLRIBS 4.3 （

11、长肋数） 1 NSRIBS 5.3 （短肋数） 5.0 GAPLRIB 20.0 （长肋下间距） 5.0 GAPSRIB 20.0 （短肋下间距） 注意： 对 NLRIBS，上限 4.3 比 4.0更好，虽然都有 4 肋， 对 NSRIBS也同样。,W-21,5A.优化设计, II带肋托盘,4.（续） 状态变量： SMAX 22.5 MPa（最大应力） UMAX 1.0 mm（最大变形） 目标函数： TOTVOL（总体积） 5.选择 save-best-design选项，然后用零阶近似方法。 6.保存优化数据库并执行优化程序。 7.列出结果设计集。 8.绘制目标函数和状态变量对设计号的关系图，

12、并检查是否有可能改进设计。 9.如时间允许，执行梯度工具以确定局部敏感性。,W-22,5B.优化设计, II 风铃,描述 要设计一个风铃，其一阶自震频率为 784 Hz （音符G）。 可改变其长度，内径，和厚度。 属性： Youngs modulus = 10E6 psi Density = 2.5E-04 lb-sec2/in4 0.2 ri 2.0 0.05 thk 0.5 3 ll 36,ri,thk,ll,W-23,5B.优化设计, II 风铃,指导 1.查看分析文件 chime.inp。 本例使用 BEAM189 单元建立风铃模型。进行模态分析并求一阶非零自震频率。 2.调用 ANS

13、YS （或清楚数据库）改变 jobname 为 chime, 并由 chime.inp 读取输入文件。 3.调用优化程序，并确定 chime.inp 作为分析文件。,W-24,5B.优化设计, II 风铃,4.确定优化变量。注意，用两状态变量来括起要求的频率 784 Hz。 设计变量如下： 0.2 783 Hz 目标函数： vol（总体积）,W-25,5B.优化设计, II 风铃,5.选择 save-best-design 选项，然后用零阶近似法（sub-problem approximation method）： 最多50次迭代和最多 50个不可行解 状态变量用二次项和交叉项来近似 6.保存

14、优化设计库并执行优化。 7.列出结果设计集 8.绘制目标函数和状态变量对设计号的关系图形。,W-26,6. 健壮设计励磁器的因素分析,描述 一个励磁器由线圈，有流通量的铁芯通路和被称为电枢的可移动部分 组成。力加在与总磁流回路密切相关的电枢（ armature）上。 就如流体，当阻力减小，则流通量增加一样，增加铁芯尺寸或增加材料的“导磁率”，也会增加 决定控制变量，内腿厚度和噪声参数， BH 曲率变化之间是否存在交互关系。,W-27,6.健壮设计励磁器,分析对象 决定铁芯内腿厚度是否有交互关系存在（由草图中的尺寸R1控制），而材料属性可能的变化（由因子MatFact控制）。,R1,对称轴,线圈

15、,电枢,铁芯回路,R2,W-28,6.健壮设计励磁器,0.9,1.1,W-29,6.健壮设计励磁器,指导 1.用系统编辑器，查看指定目录下的文件 pm.dat 。 几何输入应是 R1的函数，而 材料属性曲线应又 MatFact来修正。响应函数， 作用在电枢上的力应由参数 Fval获得。 2.调用 ANSYS （或清除数据库）并读入输入文件 pm.dat. 材料属性是非线形的，所以求解过程须迭代。求解的最后，在输出窗中找到查看 Fval的值(Newtons) 。 3.调用优化程序并指定 pm.dat 作为分析文件。,W-30,6.健壮设计励磁器,4.确定优化变量： 设计变量为 R1, R2, 和

16、 MATFACT: 9 R1 11 18.2 R2 19.2 0.9 MATFACT 1.1 本例中有两个状态变量。 目标函数是 FVAL，公差用缺省值。 5.运行因素工具，选择完全因素法（会有四个解）。 6.列出结果设计集。 7.查看两因素和三因素交互结果。,W-31,7A. 拓扑优化六角钢板,描述 一六角钢板在其三短表面上承受拉力载荷。要求确定在此载荷下钢板重量减小一半时的合适形状。 其属性如下： Thickness = 10 mm Youngs modulus = 2.07e5 MPa Poissons ratio = 0.3 Pressure value = 50 MPa,W-32,7

17、A.拓扑优化六角钢板,指导 1.在导师指定的工作目录中调用 ANSYS。 2. 改变 jobname 为 hexplate: Utility Menu File Change Jobname New jobname = hexplate OK 3.开始创建一几何模型，进入 PREP7 并创建一三角形面积： Main Menu Preprocessor Create -Areas- Polygon By Circumscr Rad NSIDES = 3 MAJRAD = 134.64 OK,W-33,4.在相反方向创建另一个三角形面积and intersect the two triangles

18、: Utility Menu WorkPlane Offset WP by Increments XY,YZ,ZX Angles = 180,0,0 Apply (Preprocessor Create -Areas- Polygon ) By Inscribed Rad. NSIDES = 3 MINRAD = 100 OK Preprocessor Operate Intersect -Common- Areas Pick All Close the resulting warning.,7A.拓扑优化六角钢板,W-34,7A.拓扑优化六角钢板,W-35,6.沿 X 轴剖分模型 并删除下面

19、一半（对称性）： (Utility Menu WorkPlane Offset WP by Increments) XY,YZ,ZX Angles = 0,90,0 OK (Preprocessor ) Operate Divide Area by WrkPlane Pick All Preprocessor Delete Area and Below + 点选底线，然后按 OK,7A.拓扑优化六角钢板,W-36,7. 几何模型现在完成： Utility Menu WorkPlane Display Working Plane Utility Menu PlotCtrls Pan, Zoom,

20、 Rotate Fit Toolbar SAVE_DB,7A.拓扑优化六角钢板,W-37,7A.拓扑优化六角钢板,8.指定单元类型： Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Add Choose Solid and Quad 8node 82, then OK Options K3 = Plane strs w/thk OK Close 9.定义厚度（实常数）： Preprocessor Real Constants. Add OK THK = 10 OK Close,W-38,10.定义材料属性： (Preprocessor ) Material

21、Props Isotropic OK EX = 2.07e5(Youngs modulus in MPa) NUXY = 0.3(Poissons ratio) OK 11. 模型分网： Preprocessor MeshTool Size Controls: Global: Set SIZE = 4 OK Mesh Pick All on the Mesh Areas dialog Close Toolbar SAVE_DB,7A.拓扑优化六角钢板,W-39,7A.拓扑优化六角钢板,W-40,12. 加约束边界条件 - 底部加对称边界条件，其中一接点UX固定。 Main Menu Solut

22、ion Apply Displacement -Symmetry B.C.- On Lines + 选底线，然后 OK (Solution Apply Displacement ) On Nodes + 点原点接点 ，并按鼠标中键或 OK 选 UX，然后 OK,7A.拓扑优化六角钢板,W-41,13. 加压力载荷： (Solution ) Apply Pressure On Lines + 点最右线和左上部短线，然后按鼠标中键或 OK VALUE = -50 OK Utility Menu Plot Lines （该接点的 UX 约束并未显示，因为该约束是加在一个接点上，而不是一关键点或一线上

23、）。 Toolbar SAVE_DB,7A.拓扑优化六角钢板,W-42,7A.拓扑优化六角钢板,W-43,14. 设定拓扑优化控制并求解。这就开始了优化求解过程，大约2到5分钟（取决于计算机的速度和负荷量）。 Solution -Solve- Topologic opt. VREDUCE = 50 NUMLC = 1 ACCUR = 0.001 ITER = 20 PLOT = Yes OK,7A.拓扑优化六角钢板,W-44,14. 关闭位移比例尺，查看结果，两云图，图例一栏关闭，而使用对称性扩充： Main Menu General Postproc Utility Menu PlotCtrls Style Displacement Scaling. DMULT = 0.0 (off) OK Utility Menu PlotCtrls Style Conto