尺寸優(yōu)化靈敏度分析

尺寸優(yōu)化靈敏度分析尺寸優(yōu)化SizeOptimization

就是發(fā)展比較成熟得一種優(yōu)化方法屬于參數(shù)優(yōu)化主要就是通過(guò)參數(shù)調(diào)節(jié)如改變殼得厚度、梁得橫截面參數(shù)、彈性和質(zhì)量屬性以及復(fù)合材料得鋪層厚度和角度等通過(guò)合理分配各個(gè)構(gòu)件得這些屬性,從而改善結(jié)構(gòu)得特性如降低設(shè)計(jì)重量、減小應(yīng)力、提高剛度等對(duì)于優(yōu)化效果得驗(yàn)證快速、明顯,在優(yōu)化中所起得作用非常重要很大程度解決了離散性優(yōu)化這一工程難題例如,復(fù)合材料得優(yōu)化分析新得復(fù)合材料設(shè)計(jì)和優(yōu)化方案能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)師和分析師得復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。從自由尺寸優(yōu)化得概念設(shè)計(jì)結(jié)果中解析出基于層得結(jié)果。還可以在設(shè)計(jì)流程得早期考慮制造要求,使得設(shè)計(jì)更貼近于實(shí)際,并使得到得層疊次序符合設(shè)計(jì)要求。靈敏度分析SensitivityAnalysis

就是以建立結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確得有限元模型和優(yōu)化問(wèn)題合理得數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)得;就是分析結(jié)構(gòu)性能參數(shù)Tj對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)xi變化得敏感性,即:靈敏度得數(shù)值可以反映結(jié)構(gòu)各設(shè)計(jì)變量對(duì)結(jié)構(gòu)性能得影響;1、在有限元線性靜態(tài)得優(yōu)化分析中,約束和目標(biāo)函數(shù)均有可能就是靜力平衡方程位移解得響應(yīng),即為2、靜力平衡方程可表示為3、對(duì)上式左右兩端求關(guān)于第i項(xiàng)設(shè)計(jì)變量xi得偏微分,并移項(xiàng)得公式推導(dǎo)過(guò)程而位移就是設(shè)計(jì)變量得隱函數(shù),記為,則本公式可用來(lái)求解位移對(duì)設(shè)計(jì)變量得靈敏度靈敏度分析SensitivityAnalysis

4、將上式,用全微分得形式表示5、由于載荷向量F并不隨設(shè)計(jì)變量得變化而變化,故△F=0,所以,6、于就是,目標(biāo)函數(shù)或約束等有關(guān)節(jié)點(diǎn)位移函數(shù)得性能參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)變量xi得靈敏度可由下式求出公式推導(dǎo)過(guò)程國(guó)內(nèi)某汽車公司運(yùn)用該項(xiàng)優(yōu)化技術(shù)以實(shí)現(xiàn)維持原有車架結(jié)構(gòu)“1st自然頻率”性能、減少結(jié)構(gòu)質(zhì)量得目得。設(shè)計(jì)變量(mm)優(yōu)化前優(yōu)化后初始值下限值上限值設(shè)計(jì)值第一橫梁6、03、09、04、5第二橫梁6、03、09、04、5第三橫梁5、03、09、04、0第四橫梁6、03、09、04、5第五橫梁6、03、09、04、5第六橫梁8、03、09、06、0第七橫梁6、03、09、04、5第八橫梁8、03、09、06、0目標(biāo)函數(shù)(Kg)13141277約束變量(Hz)9、499、44車架結(jié)構(gòu)最終優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量減少37Kg,且維持原有設(shè)計(jì)“1st自然頻率”。在汽車行業(yè)中得應(yīng)用1、第一橫梁對(duì)車架結(jié)構(gòu)一階扭轉(zhuǎn)頻率影響最大,這就是因?yàn)榈谝粰M梁結(jié)構(gòu)截面形式為圓環(huán)形,具有很好得抗扭特性;2、第五橫梁對(duì)車架結(jié)構(gòu)一階扭轉(zhuǎn)頻率影響較大,這就是因?yàn)樵摍M梁位于一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)節(jié)點(diǎn)附近。尺寸優(yōu)化&靈敏度分析

尺寸優(yōu)化流程尺寸優(yōu)化面板介紹&定義優(yōu)化設(shè)計(jì)變量

響應(yīng)面板介紹&常用優(yōu)化響應(yīng)得含義

約束面板介紹&設(shè)置優(yōu)化約束

目標(biāo)面板介紹&設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)

實(shí)例《焊接支架尺寸優(yōu)化及靈敏度分析》

1、尺寸優(yōu)化流程關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)變量及屬性定義尺寸優(yōu)化變量定義響應(yīng)定義約束定義目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算尺寸優(yōu)化流程優(yōu)化結(jié)果處理優(yōu)化設(shè)計(jì)原始設(shè)計(jì)靜力分析靜力分析優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)性能對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證2、1、進(jìn)入優(yōu)化面板拓?fù)鋬?yōu)化形貌優(yōu)化自由尺寸優(yōu)化自由形狀優(yōu)化尺寸優(yōu)化形狀優(yōu)化響應(yīng)目標(biāo)約束多種結(jié)構(gòu)優(yōu)化響應(yīng)約束目標(biāo)變量關(guān)聯(lián)優(yōu)化控制……2、尺寸優(yōu)化面板介紹&定義優(yōu)化設(shè)計(jì)變量

2、2、進(jìn)入尺寸優(yōu)化面板創(chuàng)建設(shè)計(jì)變量更新設(shè)計(jì)變量一般性關(guān)聯(lián)函數(shù)關(guān)聯(lián)尺寸優(yōu)化面板功能2、2、1、Desvar設(shè)計(jì)變量設(shè)計(jì)變量名稱設(shè)計(jì)變量設(shè)定初始值下限值上限值2、2、2、Create/Update創(chuàng)建/更新創(chuàng)建/更新設(shè)計(jì)變量名稱、設(shè)計(jì)變量設(shè)定、一般性關(guān)聯(lián)、函數(shù)關(guān)聯(lián)等設(shè)計(jì)變量增量大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜2、2、3、Genericrelationship一般性關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)名稱設(shè)計(jì)變量單元組屬性材料將設(shè)計(jì)變量與某單元、組、屬性或材料關(guān)聯(lián)一起,建立她們之間得關(guān)系。2、2、4、Functionrelationship函數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)名稱輸入函數(shù)單元組屬性材料3、1、進(jìn)入響應(yīng)面板響應(yīng)3、2、響應(yīng)面板響應(yīng)名稱響應(yīng)類型3、響應(yīng)面板介紹&常用響應(yīng)得含義

3、3、響應(yīng)類型(28種)3、4、1mass質(zhì)量、volume體積響應(yīng)對(duì)于單個(gè)屬性和材料,或者對(duì)于這個(gè)集合得屬性和材料,這兩個(gè)全局響應(yīng)都可以在整個(gè)結(jié)構(gòu)中被定義。在形貌優(yōu)化中并不推薦使用質(zhì)量和體積作為約束和目標(biāo)函數(shù),因?yàn)樗齻儗?duì)設(shè)計(jì)修改都沒有很高得靈敏度。為了約束包含許多屬性得體積區(qū)域,需要定義這些屬性得總和,否則這個(gè)約束將被假定應(yīng)用到這個(gè)區(qū)域中得單個(gè)屬性。通過(guò)對(duì)所有得屬性使用相同得材料并將這個(gè)體積約束應(yīng)用到這個(gè)材料上。3、4、常用響應(yīng)類型得含義3、4、2massfrac質(zhì)量分?jǐn)?shù)、volumefrac體積分?jǐn)?shù)響應(yīng)這兩個(gè)全局響應(yīng)值得變動(dòng)范圍就是從0到1,描述了在拓?fù)鋬?yōu)化中得初始設(shè)計(jì)空間得分?jǐn)?shù)。她們能夠?qū)φ麄€(gè)結(jié)構(gòu)、個(gè)別屬性和材料或多個(gè)集合得屬性和材料進(jìn)行定義。為了約束包含許多屬性得體積區(qū)域,需要定義這些屬性得總和,否則這個(gè)約束將被假定應(yīng)用到這個(gè)區(qū)域中得單個(gè)屬性。通過(guò)對(duì)所有得屬性使用相同得材料并將這個(gè)體積約束應(yīng)用到這個(gè)材料上。質(zhì)量分?jǐn)?shù)和體積分?jǐn)?shù)之間得不同之處在于質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括了計(jì)算非設(shè)計(jì)空間得質(zhì)量分?jǐn)?shù),而體積分?jǐn)?shù)僅僅考慮了設(shè)計(jì)得體積。體積分?jǐn)?shù)=(當(dāng)前總體積-初始非設(shè)計(jì)體積)/初始總體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)=當(dāng)前總質(zhì)量/初始總質(zhì)量如果在一個(gè)拓?fù)鋬?yōu)化之外又執(zhí)行了尺寸和形狀優(yōu)化,參考值并不因尺寸和形狀變化而改變,在這種情況下可能會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)得負(fù)值出現(xiàn),這將忽略這些響應(yīng)。如果在拓?fù)鋬?yōu)化中涉及到尺寸和形狀優(yōu)化,推薦使用質(zhì)量或體積響應(yīng)來(lái)代替質(zhì)量分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)。質(zhì)量分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)響應(yīng)僅僅能被應(yīng)用于拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域,否則,OptiStruct將因出錯(cuò)而終止。3、4、3Cog重心、Inertia慣性矩響應(yīng)對(duì)于單個(gè)屬性和材料,或者對(duì)于這個(gè)集合得屬性和材料,這兩個(gè)全局響應(yīng)都可以在整個(gè)結(jié)構(gòu)中被定義。3、4、4pliance柔度響應(yīng)柔度C通過(guò)使用下面得關(guān)系計(jì)算:柔度就是結(jié)構(gòu)得應(yīng)變能,被認(rèn)為恒量結(jié)構(gòu)剛度得尺度。對(duì)于各個(gè)屬性和材料或者對(duì)于單元組屬性和材料能被定義到整個(gè)結(jié)構(gòu)中。柔度必須分配到子程序中(譬如載荷步、載荷工況)。為了約束包含許多屬性得區(qū)域柔度,需要定義這些屬性單元得柔度總和,否則約束將被假定應(yīng)用到這個(gè)區(qū)域中得單個(gè)屬性中。通過(guò)對(duì)所有得屬性使用相同得材料并用柔度來(lái)約束這些材料。3、4、5Staticdisplacement位移響應(yīng)位移就是一個(gè)線性靜力分析結(jié)果。節(jié)點(diǎn)位移可以通過(guò)一個(gè)響應(yīng)被選擇,可以作為一個(gè)向量方向或純粹得尺寸來(lái)被選擇。位移必須分配到子程序中(譬如載荷步、載荷工況)。分配到子程序3、4、6Frequency頻率、Buckling屈曲響應(yīng)固有頻率就是模態(tài)分析得結(jié)果,必須分配到模態(tài)模型得子程序中。屈曲就是穩(wěn)態(tài)分析得結(jié)果,必須分配到屈曲子程序中,屈曲模型通過(guò)特征值來(lái)描述。3、4、7StaticStress應(yīng)力、StaticStrain應(yīng)變、StaticForce力響應(yīng)不同得應(yīng)力、應(yīng)變或力類型能夠作為響應(yīng)被定義。被定義成組、屬性或單元,單元應(yīng)力或應(yīng)變被使用,約束放映被應(yīng)用。在拓?fù)湓O(shè)計(jì)空間中定義應(yīng)力、應(yīng)變或力約束就是不可能得,這就是個(gè)關(guān)聯(lián)得局部子程序響應(yīng)。3、4、8positeStress合成應(yīng)力、positeStrain合成應(yīng)變、positeFailure合成破壞準(zhǔn)則響應(yīng)不同得合成應(yīng)力、合成應(yīng)變或合成破壞準(zhǔn)則類型能夠作為響應(yīng)被定義。被定義成Pp組、屬性或單元,Plylevelresults被使用,約束放映被應(yīng)用。在拓?fù)湓O(shè)計(jì)空間中定義合成應(yīng)力、合成應(yīng)變或合成破壞準(zhǔn)則約束就是不可能得,這就是個(gè)子程序關(guān)系響應(yīng)。3、4、9Weightedp加權(quán)柔度響應(yīng)加權(quán)柔度就是在典型得拓?fù)鋬?yōu)化中考慮多個(gè)子程序得一種方法,這種響應(yīng)就是每個(gè)子程序中柔度得加權(quán)和。這就是個(gè)全局響應(yīng),被定義在整個(gè)結(jié)構(gòu)中。3、4、10WeightedFreq加權(quán)特征值倒數(shù)響應(yīng)加權(quán)特征值倒數(shù)就是在典型得拓?fù)鋬?yōu)化中考慮多個(gè)頻率得一種方法,該響應(yīng)被認(rèn)為就是在優(yōu)化過(guò)程中將單個(gè)模態(tài)得倒數(shù)累加得和。這就是個(gè)全局響應(yīng),被定義在整個(gè)結(jié)構(gòu)中。和對(duì)目標(biāo)函數(shù)增加低階頻率得模態(tài)得做法比增加高階模態(tài)得頻率得做法有更大得影響。如果所有模態(tài)只就是簡(jiǎn)單地加在一起,在OptiStruct軟件中增加高頻比增加低頻時(shí)產(chǎn)生更大得影響。3、4、11positeIndex合成柔度指數(shù)響應(yīng)在典型得拓?fù)鋬?yōu)化中,合成柔度指數(shù)就是一種將多個(gè)頻率和靜態(tài)子程序得結(jié)合,其指數(shù)得定義為:這就是個(gè)全局響應(yīng),被定義在整個(gè)結(jié)構(gòu)中。標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)NORM使用柔度和特征值規(guī)范中得數(shù)值,一個(gè)典型得柔度值在1、0E4到1、0E6之間,然而一個(gè)典型得特征值得倒數(shù)約就是1、0E-5,如果不使用NORM系數(shù),則整個(gè)求解過(guò)程顯示為線性靜態(tài)柔度。NORM值通過(guò)公式得到,其中就是所有子步中最大得柔度值,就是性能指標(biāo)中最小得特征值。在一個(gè)新得設(shè)計(jì)問(wèn)題中,用戶對(duì)NORM值沒有一個(gè)可靠得估計(jì),如果遇到這種情況,OptiStruct就會(huì)根據(jù)初始步中計(jì)算得柔度值和特征值來(lái)自動(dòng)計(jì)算NORM值。4、約束面板介紹&設(shè)置約束

約束4、1、進(jìn)入約束面板4、2、約束面板約束得上下限響應(yīng)約束名稱5、目標(biāo)面板介紹&設(shè)置目標(biāo)

目標(biāo)5、1、進(jìn)入約束面板5、2、約束面板目標(biāo)值得Max、Min響應(yīng)5、控制卡片設(shè)置控制卡片5、1、進(jìn)入控制卡片5、2、控制卡片類型(共計(jì)78個(gè))靈敏度分析類型、加速度、速度、應(yīng)力、應(yīng)變、單元力、節(jié)點(diǎn)力、反作用力、位移等等6、實(shí)例&焊接支架尺寸優(yōu)化及靈敏度分析

install_directory>/tutorials/hwsolvers/optistruct/Thebracket_size、hm幫助文檔文件路徑尺寸優(yōu)化問(wèn)題描述:目標(biāo)體積最小約束支架得最大應(yīng)力不高于100MPa設(shè)計(jì)變量殼單元厚度尺寸優(yōu)化分析過(guò)程:設(shè)置有限元模型定義設(shè)計(jì)變量定義優(yōu)化問(wèn)題求解優(yōu)化問(wèn)題結(jié)果后處理Step1:啟動(dòng)HypeMesh,設(shè)置用戶模板并導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件啟動(dòng)HyperMesh。選擇OptiStruct作為用戶模板,并點(diǎn)擊OK。在工具欄選擇open圖標(biāo),打開bracket_size、hm文件Step2:定義設(shè)計(jì)變量1在Analysis頁(yè)面菜單中進(jìn)入optimization面板2選擇size面板3選擇desvar子面板4點(diǎn)擊desvar=并輸入part15點(diǎn)擊initialvalue=并輸入2、56點(diǎn)擊lowerbound=并輸入1、07、點(diǎn)擊upperbound=并輸入2、58、默認(rèn)選擇movelimitdefault9、點(diǎn)擊create10、重復(fù)4至9步驟,創(chuàng)建設(shè)計(jì)變量part2,初始值、上下限與part1一致。12345、6、78911、選擇genericrelationship子面板12、點(diǎn)擊name=并輸入part1_th、13、點(diǎn)擊entityselection復(fù)選框,并選擇prop、14、點(diǎn)擊prop在組件集列表中選擇part1、15、選擇ThicknessT復(fù)選框、16、點(diǎn)擊designvars、17、選擇part1,并自動(dòng)設(shè)置為1、00018、點(diǎn)擊return、19、點(diǎn)擊create、111213151614171820、重復(fù)12至19步驟,創(chuàng)建關(guān)聯(lián)part2_th,使設(shè)計(jì)變量part2與組件part2屬性聯(lián)系一起。21、點(diǎn)擊return,返回優(yōu)化設(shè)置面板。23456、單擊response=并輸入stress1。7、設(shè)置響應(yīng)類型responsetype為staticstress。8、單擊props選擇一個(gè)綠色殼單元屬性part1。6789、確認(rèn)下面得指針設(shè)置為Vonmises。910、確認(rèn)下面得指針設(shè)置為bothsurfaces。1011、單擊create。1112、重復(fù)6至11步驟,創(chuàng)建殼單元屬性part2得響應(yīng)stress2。13、單擊return,退出responses面板,返回優(yōu)化面板。Step3:定義響應(yīng)由于優(yōu)化得目標(biāo)就是減少重量并限制支架得VonMises應(yīng)力不超過(guò)100MPa,定義三個(gè)響應(yīng):Mass,組件Part1和Part2得VonMises應(yīng)力。1、選擇responses面板。2、單擊response=并輸入mass。3、設(shè)置響應(yīng)類型responsetype為mass。14、確認(rèn)指針設(shè)置為total。5、單擊create。Step4:定義約束

1、選擇dconstraints面板。2、單擊constraint=并輸入stress1。3、單擊response=并選擇stress1。14、激活并設(shè)置upperbound=為100。即限制part1應(yīng)力水平不超過(guò)100MPa。5、單擊loadsteps并選擇載荷步STEP。6、單擊create。7、重復(fù)1至6步驟,創(chuàng)建約束stress2,并選擇響應(yīng)stress2,限制part2應(yīng)力水平不超過(guò)100MPa。8、單擊return,退出dconstraints面板,返回優(yōu)化面板。23456Step5:定義目標(biāo)函數(shù)

11、選擇objective面板。2、選擇min。3、單擊response=并選擇mass。4、單擊create。5、單擊teturn,退出objective面板,返回優(yōu)化面板。2345Step7:保存數(shù)據(jù)庫(kù)

1、在下拉菜單中單擊files并選擇saveas。2、在彈出savefile窗口中,輸入文件名稱bracket_size_opt。3、單擊Save,對(duì)支架優(yōu)化模型進(jìn)行保存,并返回主菜單。Step6:設(shè)定靈敏度分析

1、在頁(yè)面菜單中選擇Analysis。2、選擇controlcards面板。3、單擊SENSITVITY,進(jìn)行靈敏度設(shè)置,并選擇ALL。4、連續(xù)兩次單擊teturn,退出controlcards面板,返回主界面。21Step8:運(yùn)行分析

1、在頁(yè)面菜單中選擇Analysis。2、選擇OptiStruct面板。3、確認(rèn)文件名稱為bracket_size_opt、fem。214、確認(rèn)runoptions為optimization。5、確認(rèn)exportoptions為all。6、指定計(jì)算時(shí)所需內(nèi)存,upperlimitinMb=。(根據(jù)本計(jì)算機(jī)硬件情況而定)7、單擊OptiStruct,進(jìn)行運(yùn)行計(jì)算。這就開始OptiStruct作業(yè)分析。如果作業(yè)成功,新得結(jié)果文件可以在工作目錄中可以看到。主要得生成文件如下表所示。文件名內(nèi)容描述bracket_size_opt、hgdataHyperGraph文件,包含目標(biāo)函數(shù)和約束得歷史數(shù)據(jù)。bracket_size_opt、hist此文件包含迭代目標(biāo)函數(shù)、最大約束、設(shè)計(jì)