《设计优化教程》PPT课件.ppt
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1、设计优化练习 附录for ANSYS 5.5,W-2,练习 附录目 录,1.介绍性练习旅行费用最小化W-32.参数化模型A.轴对称转盘W-11B.六角钢盘W-373.设计优化A.轴对称转盘W-61B.六角钢盘W-754.搜寻设计域六角钢盘W-915.优化设计 IIA.带肋托盘W-95B.风铃W-1016.健壮设计一个励磁器的因素分析 W-1077.拓朴优化A.六角钢盘W-113B.拱桥W-1298.附录用健壮设计达到世界级质量用ANSYS程序将工程质量设计到产品中去,练习 1一般介绍旅行费用最小化,W-4,1.介绍性练习旅行费用最小化,描述求最优旅行速度,使50-英里的旅程费用最小。假定旅行者
2、的时间值 10.00美元/小时,每英里汽油费与速度的平方成反比(50,000/速度2),而汽油费为1.079美元/加仑。该旅行用不超过一小时的时间。让我们重申本命题:最小化函数cost=(旅行时间*10)+(50/每英里汽油)*1.079约束条件旅行时间 1.0给定:旅行时间=50/speed每英里汽油=50000/speed*2,W-5,1.介绍性练习旅行费用最小化,指导1.用系统编辑器(Notepad 或 vi),在你的导师指定的目录下再现(或创建)文件 trip.dat。文件中应包括如下的参数定义:speed=100triptime=50/speedmpg=50000/speed*2tr
3、ipcost=(triptime*10)+(50/mpg)*1.0792.进入你的导师指定的 ANSYS 工作目录。3.改变作业名(jobname)为 trip:Utility Menu File Change Jobname现在 jobname=tripOK,W-6,1.介绍性练习旅行费用最小化,4.由文件 trip.dat 中读入:Utility Menu File Read Input from选择 trip.dat,然后 OK5.进入设计优化程序(OPT)并指定分析文件:Main Menu Design Opt-Analysis File-Assign.选择 trip.dat,然后 O
4、K6.定义速度作为设计变量:(Design Opt)Design VariablesAdd选择 SPEED,然后Min=1Max=100TOLER=.001OKClose,W-7,1.介绍性练习旅行费用最小化,7.定义旅行时间作为状态变量:(Design Opt)State VariablesAdd选择 TRIPTIME,然后Max=1TOLER=.001OKClose8.定义旅行费用作为目标函数:(Design Opt)Objective选择 TRIPCOST,然后TOLER=.001OK,W-8,1.介绍性练习旅行费用最小化,9.选择优化方法:(Design Opt)Method/Tool
5、选择 Sub-Problem,然后 OK在随后出现的对话框中按 OK10.执行优化:(Design Opt)Run OK11.列出设计集:(Design Opt)-Design Sets-List选择 Best Set,然后 OK(Design Opt)-Design Sets-List选择 ALL Sets,然后 OK,W-9,1.介绍性练习旅行费用最小化,12.画出速度对旅行费用曲线:(Design Opt)-Design Sets-Graphs/TablesXVAROPT=SPEEDNVAR=TRIPCOSTOK,W-10,1.介绍性练习旅行费用最小化,13.退出ANSYS:Toolba
6、r QUIT选择 Quit-No Save!,然后 OK,练习 2A参数化 建模轴对称转盘,W-12,2A.参数化建模轴对称转盘,描述建立一个参数化,如图所示的高速转盘轴对称模型,用 thetahub,thetarim,xmid,和 ymid 作为参数,所有其他尺寸是固定的。加载:角速度相当于 15,000 rpm.,qrim,ymid,10.0R,4.0R,qhub,0.6,0.4,1.6,0.5,xmid,材料特性:E=30e6 psir=7.2e-4 lb-s2/in4n=0.3,W-13,指导1.进入 ANSYS(或清数据库)并改变 jobname为 rotdisk:Utility M
7、enu File Change Jobname现在 jobname=rotdiskOK2.在输入窗内或在标量参数对话框中键入如下的参数定义(Utility Menu Parameters Scalar Parameters):pi=3.142hub_ri=4hub_w=0.6hub_ro=hub_ri+hub_whub_ht=1.6rim_ro=10rim_w=0.4,2A.参数化建模轴对称转盘,qrim,ymid,qhub,xmid,hub_ri,hub_ro,hub_w,rim_ri,rim_ro,rim_w,hub_ht,rim_ht,W-14,2A.参数化建模轴对称转盘,2.(续)ri
8、m_ri=rim_ro-rim_wrim_ht=0.5thetahub=90thetarim=90 xmid=(rim_ri-hub_ro)/2ymid=(hub_ht+rim_ht)/2,W-15,2A.参数化建模轴对称转盘,3.为轮毂和轮缘创建矩形:Main Menu Preprocessor Create Rectangle By 2 Corners输入 WP X=hub_ri输入 WP Y=0Width=hub_wHeight=hub_htApplyWP X=rim_ri输入 WP Y=0Width=rim_wHeight=rim_htOK,W-16,2A.参数化建模轴对称转盘,4.在
9、轮毂和轮缘间建中间关键点(keypoint):(Preprocessor)Create Keypoints In Active CS.NPT=10X,Y,Z=hub_ro+xmid,ymid,0OK5.将活动坐标系转到全局柱坐标系。这将允许我们创建一个样条曲线并指定 qhub and qrim.为其端部斜率:Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Global Cylindrical,W-17,2A.参数化建模轴对称转盘,6.过 KP 10 并以指定的端部斜率创建一样条曲线:(Preprocessor)Create Splines With Opt
10、ions Spline thru KPs按自左至右的顺序点选三关键点:轮毂右上部KP,KP10,轮缘左上部的KPApply 或 鼠标中键XV1,YV1,ZV1=1,90+thetahub,0XV6,YV6,ZV6=1,90-thetarim,0OK,W-18,2A.参数化建模轴对称转盘,7.转回到全局笛卡儿坐标并定义连接轮毂和轮缘的面。Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Global Cartesian(Preprocessor)Create-Areas-Arbitrary Through KPs以反时针方向点选中间面四角上的关键点,然后按 O
11、K。Toolbar SAVE_DB,W-19,2A.参数化建模轴对称转盘,8.下一步是模型分网,从定义单元类型和材料属性开始。Preprocessor Element Type Add/Edit/DeleteAdd选择 Solid 和 Quad 8node 82,然后 OKOptionsK3=AxisymmetricOKClosePreprocessor Material Props IsotropicOKEX=30e6(杨氏模量,单位 psi)DENS=7.2e-4(密度,lb-sec2/in4)NUXY=0.3(泊松比)OK,W-20,2A.参数化建模轴对称转盘,9.模型分网:Prepro
12、cessor MeshTool激活 Smart Size设定 smart size 为 3Mesh,,然后在Mesh Areas对话框中点 Pick AllCloseUtility Menu Plot ElementsToolbar SAVE_DB,W-21,2A.参数化建模轴对称转盘,10.指定带预应力作用的静态分析。预应力使后续的预应力模态分析成为可能。Main Menu Solution New Analysis.选 Static,然后 OK.(Solution)Analysis Options.Equation solver=Precondition CGTolerance/level
13、=1e-5Stress stiffness or prestress=Prestress ONOK,W-22,2A.参数化建模轴对称转盘,11.加上边界条件,沿底线加对称边界条件。Utility Menu Plot Lines(Solution)-Loads-Apply Displacement-Symmetry B.C.-On Lines点选模型底部三线,然后 OK,W-23,2A.参数化建模轴对称转盘,12.加 7500 rpm的角速度载荷。ANSYS 期望弧度/秒,所以先要计算所用参数值。Utility Menu Parameters Scalar Parameters.type the
14、 following:rpm=7500w=2*pi*rpm/60Close(Solution)Apply Other Angular VelocityOMEGY=wOK13.现在我们已准备好可以求解。Toolbar SAVE_DBSolution-Solve-Current LS检查状态信息,关闭“/STAT Command”窗OK,W-24,2A.参数化建模轴对称转盘,14.绘制von Mises 应力云图:Main Menu General Postproc Plot Results Nodal SoluItem,Comp=Stress,von Mises SEQVOK,W-25,2A.参
15、数化建模轴对称转盘,15.下一步是将结果送入参数。我们需要最大冯密塞斯应力(将称之为 SMAX),而冯密塞斯应力的标准差(称为SDEV)。首先求 SMAX:Utility Menu Parameters Get Scalar Data选结果数据和全局量,然后 OKGlb measure to retrieve=Stress,von Mises SEQVName of parameter=smaxOK查看输出窗中的 SMAX值(28527).,W-26,2A.参数化建模轴对称转盘,16.要计算标准差 SDEV,需要保存单元表中每个单元的冯密塞斯应力,将其拷贝到一个数组参数 NELEM x 1 长
16、(这里,NELEM 是单元总数),然后用数组操作。Utility Menu Parameters Get Scalar Data选择模型数据和选择集,然后 OK参数名称=nelem要获得的数据=当前单元集和单元数OK检查输出窗 NELEM(514)的值General Postproc Element Table Define Table.AddLab=eseqvItem,Comp=Stress,von Mises SEQVOKClose,W-27,2A.参数化建模轴对称转盘,16.(续)Utility Menu Parameters Array Parameters Define/Edit.A
17、ddPar=sarrayType=ArrayI,J,K=nelem,1,1OKCloseUtility Menu Parameters Get Array Data选择 Results data and Elem table data,然后 OKName of array parameter=sarray(1)Element number N=1Element table item=ESEQVFill array by looping on=Element numberOK,W-28,2A.参数化建模轴对称转盘,16.(续)Utility Menu Parameters Array Opera
18、tions Vector-Scalar FuncParR=sdevPar1=sarray(1)Func=Std deviatn STDVOK检查output窗,以查对SDEV(4563)值,W-29,2A.参数化建模轴对称转盘,17.这就完成了求解的静态分析部分,下一步是进行模态分析。由指定模态分析结果文件为一非缺省文件名temp.rst开始,(以避免静态结果文件 jobname.rst被覆盖)Toolbar SAVE_DBMain Menu FinishUtility Menu File ANSYS File OptionsIn the/ASSIGN section,Ident=Struct
19、 res RSTFname=temp.rstOK,W-30,2A.参数化建模轴对称转盘,18.进行求解并指定模态分析类型和相应选项。Main Menu Solution New Analysis选择 Modal,然后 OK(Solution)Analysis OptionsMode extraction method=Block LanczosNo.of modes to extract=3Expand mode shapes=YesNo.of modes to expand=3Incl prestress effects=YesOKOK on the next dialog,W-31,2A.
20、参数化建模轴对称转盘,19.将对称边界条件转为底部线集不对称。这将使以后的弯曲模态的提取成为可能。Utility Menu Plot Lines(Solution)-Loads-Delete Displacement On LinesPick All在下一个对话框中点OK(Solution)-Loads-Apply Displacement-Antisymm B.C.-On Lines点选底部三线,然后 OK,W-32,2A.参数化建模轴对称转盘,20.执行模态分析并提取三个频率:Toolbar SAVE_DBSolution-Solve-Current LS检查状态信息并关闭“/STAT C
21、ommand”窗OKInput window(type these commands):*get,freq1,mode,1,freq*get,freq2,mode,2,freq*get,freq3,mode,3,freq检查输出窗中的值(FREQ1=0,FREQ2=2375,FREQ39435)。因为 FREQ1 是刚体模态,为了优化分析,FREQ2将被认为是“一阶模态”。,W-33,2A.参数化建模轴对称转盘,21.再将结果文件名赋值为缺省文件名:Main Menu FinishUtility Menu File ANSYS File Options在/ASSIGN 处,Ident=Stru
22、ct res RSTFname:删除文件名而让该字段为空OK,W-34,2A.参数化建模轴对称转盘,22.现在分析完成。下一步是要创建一个分析文件,以后用于设计优化或搜寻设计域。Utility Menu File Write DB Log File写数据库LOG 文件=rotdisk.lgwOK用系统编辑程序(Notepad 或 vi),编辑文件 rotdisk.lgw 并:为/BATCH 命令(如果有的话,这一般是第一条命令)加注解,在第一列加入一个感叹号“!”。为命令“/input,menust,tmp”加注解,如果有的话,该命令通常是在第三行。找到 EPLOT 命令并不加注解(即去掉该行
23、开始处的“!”)这将允许你在执行分析文件时,EPLOT 命令被执行。找到 PLNSOL 命令并不加注解保存并退出编辑程序。,W-35,2A.参数化建模轴对称转盘,23.最后一步是测试分析文件。要做到这一点,清除数据库并由读入输入文件 rotdisk.lgw:Utility Menu File Clear&Start NewOK在确认对话框中按 YesUtility Menu File Read Input from双击 rotdisk.lgw现在应该看到一个重现的整个分析。Toolbar:QUIT选择 Quit-No Save,然后 OK本练习现已完成。要妥善保存分析文件 rotdisk.lg
24、w,在下面的练习中我们还要用到他。,W-36,备注,练习 2B参数化建模六角钢盘,W-38,2B.参数化建模六角钢盘,描述建立如示钢盘的参数化模型,用厚度 t1 和圆角半径 fil 作为参数。所有其他参数固定。载荷:tensile pressure(traction)of 在三个平端表面加 50 Mpa 的拉压力(向外拉)属性:Thickness=10 mmE=2.07e5 MPa n=0.3用 2-D 模型,并注意利用对称性的优点。,40,100,fil,W-39,2B.参数化建模 六角钢盘,指导1.调入 ANSYS(或清数据库),并改变 jobname 为 hexplate.2.用 t1=
25、30 和 fil=10作为初始设计:*afun,deg!Degree units for trig.functionsinrad=200*cos(30)-20t1=30fil=103.首先建立完全的模型:先创建三个环,每个环有不同的中心。用参数 inrad 和 t1 以定义此环。,W-40,2B.参数化建模 六角钢盘,3a.第一个环:Preprocessor-Modeling-Create-Areas-Circle Partial AnnulusWP X=-200WP Y=0Rad-1=inradTheta-1=-30Rad-2=inrad+t1Theta-2=30Apply,W-41,2B.
- 配套讲稿:
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