ANSYS优化设计

ANSYS 高级技术分析指南 优化设计 1-1 1 优化设计 1.1 什么是优化设计? 优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术。所谓“最优设计”，指的是一种方案可以满足所有的设计要求，而且所需的支出（如重量，面积，体积，应力，费用等）最小。也就是说，最优设计方案就是一个最有效率的方案。 设计方案的任何方面都是可以优化的，比如说：尺寸（如厚度），形状（如过渡圆角的大小），支撑位置，制造费用，自然频率，材料特性等。实际上，所有可以参数化的 ANSYS 选项都可以作优化设计。（关于 ANSYS 参数，请参看ANSYS Modeling and Meshing Guide 第十四章。） ANSYS 程序提供了两种优化的方法，这两种方法可以处理绝大多数的优化问题。零阶方法是一个很完善的处理方法，可以很有效地处理大多数的工程问题。一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度，因此更加适合于精确的优化分析。 对于这两种方法，ANSYS 程序提供了一系列的分析——评估——修正的循环过程。就是对于初始设计进行分析，对分析结果就设计要求进行评估，然后修正设计。这一循环过程重复进行直到所有的设计要求都满足为止。 除了这两种优化方法，ANSYS 程序还提供了一系列的优化工具以提高优化过程的效率。例如，随机优化分析的迭代次数是可以指定的。随机计算结果的初始值可以作为优化过程的起点数值。 基本概念 在介绍优化设计过程之前，我们先给出一些基本的定义：设计变量，状态变量，目标函数，合理和不合理的设计，分析文件，迭代，循环，设计序列等。我们看以下一个典型的优化设计问题： 在以下的约束条件下找出如下矩形截面梁的最小重量： 总应力不超过max [max] 梁的变形不超过 max[max] 梁的高度 h 不超过 h max[hhmax] 图 1-1 梁的优化设计示例 设计变量（DVs）为自变量，优化结果的取得就是通过改变设计变量的数值ANSYS 高级技术分析指南 优化设计 1-2 来实现的。每个设计变量都有上下限，它定义了设计变量的变化范围。在以上的问题里，设计变量很显然为梁的宽度b 和高度h。b 和h 都不可能为负值，因此其下限应为b，h>0，而且，h 有上限h max。ANSYS 优化程序允许定义不超过60个设计变量。 状态变量（SVs）是约束设计的数值。它们是“因变量”，是设计变量的函数。状态变量可能会有上下限，也可能只有单方面的限制，即只有上限或只有下限。在上述梁问题中，有两个状态变量：（总应力）和...