CAE辦法的優(yōu)化技術解析-CAE論文-CAE應用案件的例子-有限元剖析案件的例子論文-計算機摹擬仿真算例

1、CAE辦法的優(yōu)化技術解析-CAE論文_CAE應用案件的例子_有限元剖析案件的例子論文_計算機摹擬仿真算例1 ABAQUS 相關閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓 一、 前言 一天比一天緊張的市場竟爭已使工業(yè)產品的預設與出產廠家越來越明白地認識到：能比另外的人更快地推出優(yōu)秀的新產品，就能占據(jù)更多的市場。為此，CAE辦法作為能縮減產品研發(fā)周期的得力工具，被越來越次數(shù)多地引入了產品的預設與出產的各個環(huán)節(jié)，以增長產品的競爭力。 從對已預設產品質性格能的簡單校核，逐層進展到對產品質性格能的正確預先推測，再到產品辦公過程的非常準確摹擬，要

2、得許多人對CAE辦法飽含信任。不過，增長產品競爭力不惟需求增長產品的性能與品質，并且要降產量低品的成本，因為這個許多人需求找到最合理和最經濟的預設方案。固然剖析擔任職務的人可以不厭煩其煩地在熒幕前一次次改正預設參變量以尋覓最理想方案，但縮減研發(fā)周期的壓力一般要求分秒必爭，許多人有可能沒有更多的時間對數(shù)值參變量施行手工調試。最優(yōu)化技術引2 ABAQUS 相關閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓入CAE辦法使許多人從多而重的湊短期工作中解脫出來，同時CAE也達到一個新高度。二、 優(yōu)化辦法與CAE 在保障產品達到某些性能目的并滿意一定

3、約束條件的前提下，經過變更 某些準許變更的預設變量，使產品的指標或性能達到最希望的目的，就是優(yōu)化辦法。例如，在保障結構堅強度滿意要求的前提下，經過變更某些預設變量，使結構的重量最輕，這不惟要得結構耗材上獲得了節(jié)約，在運送安裝方面也供給了便捷，減低運送成本。再如變更電器設施各發(fā)熱器件的安裝位置，使設施箱體內里溫度峰值降到最低，是一個典型的天然對流散熱問題的優(yōu)化實際的例子。在實際預設與出產中，大致相似這么的實際的例子不勝窮舉。 優(yōu)化作為一種算術辦法，一般是利用對解析函數(shù)求極值的辦法來達到征求最優(yōu)值的目標。基于數(shù)字剖析技術的CAE辦法，顯然沒可能對我們的目的獲得一個解析函數(shù)，CAE計算所3 ABAQ

4、US 相關閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓求得的最后結果只是一個數(shù)字。不過，樣條插值技術又使CAE中的優(yōu)化變成有可能，多個數(shù)字點可以利用插值技術形成一條蟬聯(lián)的可用函數(shù)表現(xiàn)的曲線或球面，這么便回到達算術意義上的極值優(yōu)化技術上來。樣條插值辦法當然是種近似辦法，一般沒可能獲得目的函數(shù)的正確球面，但利用上次計算的最后結果再次插值獲得一個新的球面，相鄰兩次獲得的球面的距離會越來越近，當他們的距離小到一定程度時，可以覺得此時的球面可以代表目的球面。那末，該球面的最小值，便可以覺得是目的最優(yōu)值。以上就是CAE辦法中的優(yōu)化處置過程。一個典型

5、的CAE優(yōu)化過程一般需求通過以下的步驟來完成：參變量化建模：利用CAE軟件的參變量化建模功能把即將參加優(yōu)化的數(shù)值（預設變量）定義為板型參變量，為往后軟件修正板型供給有可能。 求解：對結構的參變量化板型施行加載與求解 后處置：把狀況變4 ABAQUS 相關閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓量（約束條件）和目的函數(shù)（優(yōu)化目的）提出取得出來供優(yōu)化處置器施行優(yōu)化參變量名聲。 優(yōu)化參變量名聲：優(yōu)化處置器依據(jù)本次循環(huán)供給的優(yōu)化參變量（預設變量、狀況變量及目的函數(shù)）與上次循環(huán)供給的優(yōu)化參變量作比較在這以后確認該次循環(huán)目的函數(shù)是否達到達最小，

6、還是說結構是否達到達最優(yōu)，假如最優(yōu)，完成迭代，退出優(yōu)化循環(huán)圈，否則，施行下步。 依據(jù)已完成的優(yōu)化循環(huán)和現(xiàn)時優(yōu)化變量的狀況修正預設變量，從新投入循環(huán)。三、 CAE辦法中優(yōu)化技術的獨特的地方 從以上的過程我們也許已經看見CAE優(yōu)化過程的某些基本特點標志，如計算板型的參變量化、迭代過程的半自動性等。但作為優(yōu)化技術與CAE辦法的完美接合的產物，CAE優(yōu)化辦法定然有比之更浩博的獨特的地方。首先，現(xiàn)代CAE技術的進展已使許多人的剖析領域擴展到達各行各業(yè)的每個角落，所研討問題的深度及綜5 ABAQUS 相關閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓

7、合程度都在逐層增長，研討者的視線已從純一場剖析轉向了多場耦合剖析，以尋求更為真實的摹擬最后結果。CAE軟件的優(yōu)化技術的適合范圍也定然隨之擴展，不惟要求它能解決各種單場問題，并且應當小聰明理多場耦合過程的優(yōu)化。交通工具、潛水艇、飛機等設施預設過程中等會思索問題優(yōu)化其外形使更有幫助于在高速行走時減損流體阻力，而同時不可少慮外形的改變是否有損于設施的其他如力學和熱學方面的性能。可見天真的流體動力學優(yōu)化只能解決一方面問題，而只有將其內里設施的力學或熱學問題耦合剖析，能力真正完整的解決問題。其次，一個優(yōu)化迭代過程一般是以前處置著手，通過建模、分網(wǎng)、加載、求解和后處置，而優(yōu)化問題一般需求較多的迭代能力收斂

8、。因為這個，軟件具備一統(tǒng)的數(shù)值庫是高效的CAE優(yōu)化過程的前題，這種一統(tǒng)指的是前后處置數(shù)值與求解所用的數(shù)值應當在同一個數(shù)值6 ABAQUS 相關閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓庫中，而不是通清點數(shù)目據(jù)文件來傳交，這必然減低優(yōu)化過程的速率。額外，大多數(shù)經過文件來傳交數(shù)值的軟件的前處置與求解器之間并不絕對支持，前處置的數(shù)值文件往往在投入求解器之前需求手工改正。這與優(yōu)化過程的半自動性是相反感的。這種事情狀況一但發(fā)生并且不可以回避時，要不讓步，要不再為數(shù)值文件編織半自動改正手續(xù)。第三，優(yōu)化過程其實是一個不斷半自動修正設計參變量的過程，

9、所以要想保障優(yōu)化過程的流暢，CAE軟件務必具備完善高效的參變量流程扼制技術。流程扼制過程中，不惟要求即將優(yōu)化的設統(tǒng)計據(jù)可以參變量化，并且要求這種流程扼制具備判斷分支與循環(huán)的有經驗以使軟件可以半自動對付大型問題在優(yōu)化過程中顯露出來的各種復雜事情狀況。第四，高精密度網(wǎng)格是成功的有限元剖析的關鍵因素之一。一個令人滿意的CAE軟件要想美好地處置優(yōu)化過程，特別是式樣優(yōu)化問7 ABAQUS 相關閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓題，必備智能的網(wǎng)格區(qū)分清楚器，以解決板型在式樣參變量變動猛烈時顯露出來的網(wǎng)格奇化問題。 第五，現(xiàn)代的CAE軟件一

10、般具有也應該具有非線性處置有經驗，而非線性問題的收斂扼制曾令無數(shù)英雄竟折腰。一般增長非線性問題收斂性的手眼應視具體事情狀況表決，而對于一個非線性問題的優(yōu)化過程，往往會因五花八門的因素而影響收斂。但優(yōu)化過程是手續(xù)半自動扼制迭代的，人不可以過多參加，因為這個，非線性收斂的智能扼制技術對非線性優(yōu)化問題是不可以或缺的。談起非線性，許多人或許會想起一種被稱作顯式積分的求解技術。這種技術一般被用來求解高速變型和高度非線性問題，與常用于求解靜態(tài)或慢速動力學問題的隱式求解技術互補優(yōu)缺，相受益彰。大多數(shù)的問題我們可以只挑選合宜的一種來求解，但并不是全部 的問題都可以這么迥然分開，譬如沖壓及回彈過程摹擬，一般認為

11、合適而使用顯式形8 ABAQUS 相關閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓式摹擬沖壓過程，認為合適而使用隱式形式摹擬回彈過程，那末在這處就定然有一個顯式到隱式的切換過程。假如只是天真摹擬這兩個過程，這種切換手工完成亦無不可以，但對于人不因過多參加的優(yōu)化過程，這種切換假如不可以半自動施行，那末這類問題的優(yōu)化剖析基本不可以完成。 當軟件應用水準到了一定高度往后，許多人有可能會想到試驗一種合作優(yōu)化的形式，就是說，同一辦公組的多個聯(lián)網(wǎng)的辦公機并肩來優(yōu)化同一個問題。一般同一個辦公組中各個辦公機的型號品牌甚至于操作系統(tǒng)都有可能不一樣，那末不

12、一樣平臺的數(shù)值庫的不兼容問題有可能會使這么一個發(fā)明性的試驗變成落空的事情。當然，不是全部軟件都存在這個問題，當今一個流行的CAE軟件ANSYS在這個問題上技壓各種美麗芳草，加上她的一點其他獨特的地方，使她變成到現(xiàn)在為止話題中值當一提的角色。 ANSYS是一個結集構、9 ABAQUS 相關閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓熱、電磁、流體剖析有經驗于一身的CAE軟件，可以施行多場耦合剖析；她具備較堅強雄厚的前后處置有經驗，特別在智能網(wǎng)格區(qū)分清楚器上有卓然獨特的地方；她具備較強的顯式或隱式非線性求解有經驗，并且顯式、隱式可以恣意半自

13、動切換；非線性的收斂扼制具備智能化，對于大部分數(shù)工程問題不需人工過問便能完成非線性問題的收斂；她還有一個被其用戶崇尚“無所不可以”的參變量化預設語言APDL，該語言具備參變量、算術函數(shù)、宏（子過程）、判斷分支及循環(huán)等高級語言要素，是一個理想的手續(xù)流程扼制語言；她的前后處置及求解數(shù)值庫的一統(tǒng)性及不一樣平臺數(shù)值庫兼容的獨特的地方使她很適應于施行高級的優(yōu)化剖析。四、 一個CAE優(yōu)化的例子 二灘電站的水輪泵組是到現(xiàn)在為止截止我國所認為合適而使用的單機容積最大機組，蝸殼直徑達20米。它由兩局部組成：一小批是由兩個圓環(huán)板和10 ABAQUS 相關閱讀/html/cae_train/20130306/75.

14、html proe mechanica培訓20個固定導葉燒焊而成的座環(huán)結構，它構成了殼體局部的支架；另一小批是由25段圓錐筒首尾燒焊而成的殼體結構。每段圓錐筒直徑不一樣，厚度也不一樣，同時各段并不是完整的圓錐筒，而是沿軸向切去一小批，保存局部的軸向直邊沿周向燒焊在上下環(huán)板的某位置，該位置的挑選對整個兒蝸殼內部策應力散布起著關鍵性的效用。假如此位置挑選得好，可使蝸殼內部策應力散布趨于平均，減低整個兒結構中的最大應力，這么可以在一定程度上減損蝸殼殼體及座環(huán)上下環(huán)板的厚度，以達到減損其大小或重量因此減損材料、加工、運送及安裝成本的目標。所以，本剖析的目標是：在保障流道水利工程特別的性質和整個兒結構的

15、最大應力不超過允許應力（廠家供給的整個兒結構最大不應超過的等效應力值160MPa）的前提下，挑選殼體與上下座環(huán)的燒焊位置以及座環(huán)環(huán)板和殼體材料的厚度，使整個兒結構的重量最輕。 蝸11 ABAQUS 相關閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓殼地下結構式樣 該問題的可優(yōu)化參變量（共18個）為13個殼體厚度、1個環(huán)板厚度、4個焊結位置（其它位置為該四點的線性插值），是一個預設變量很多的流固耦合優(yōu)化問題，同時需求思索問題流道的水利工程特別的性質，即流道剖面平面或物體表面的大小不能減小。建模過程充分利用了ANSYS的參變量化建模功能，使用APDL語言樹立了本問題的參變量化板型。利用SHELL63（殼單元）剖分了環(huán)板及殼壁，利用SOLID45剖分了導葉，流體板型認為合適而使用Fluid142單元剖分。 本問題優(yōu)化的目的函數(shù)是結構總大小，經過對優(yōu)化前后的數(shù)值比較發(fā)覺結構的總大小給予優(yōu)待化前的56.84減低到52.26，減低量是原預設的8。 額外，優(yōu)化后殼壁水壓趨于平而光滑，結構內部策應力散布趨于平均。五、 進展中的CAE優(yōu)化辦法 隨著CAE技術的進展，CAE中的優(yōu)12 ABAQUS 相關閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechan