有限元分析-结构培训8.ansys设计优化作业08dx ws1n

作业CFX-Mechanical优DesignXplorerinANSYSWB12 铁块的InletT=400KU=0.5m/s1.5

InletT=300Kto350OperatingLimitof=1.0m/sto2.5PressurePressure目标通过弧形进口对铁块喷射一股热流和冷流。目标是为了优化Inlet（进口半径）velocities（速度）Temperatures（温度）【流动输入参数】，从而最小化最大ThermalStress（热应力）和Deformation（变形）【ANSYS力学参数】并使铁块的TemperatureSpread（温度耗散）最小【CFX参数】铁块上的热喷在WB-12中指定问启动启动ANSYSWorkbench在Schematic 两个(DM组件系后浏览选择文件Geometry选择ImportGeometry然右键选择Edit，对componentA的几何进行编辑【见下一个幻灯片】FlowDuctGeometry中设置参展展开Plane5，Plane7，Plane11并推荐将inletRadiiDesignParameters（设计参数）确定ParameterManager里正确定义了所有的DesignParameters（设计参点击关闭几何参从FlowDuct从FlowDuct几何模型得到的几何参在SolidCentralBlock何模型上没得到几何参•一•一FluidFlow(CFX)系左键点击ComponentA的Geometry并将其拖放CellC3FluidDuct的几何模型就被放进了CFX的网格划分工具CFX分析系统：自动重命名组ProjectProjectSchematic中，重命名组件。CFXComponent变成了删除了CFXGeometry在CFXMeshCell点击鼠标右键选Edit来启动网格划分工具•物理选择：CFD（）•物理选择：CFD（）求解选择：相关性•一个BodySize0.4在Mesh点击鼠标右键选GenerateMesh，执行网格划建立4个命名集hotinlet:Low-XCircularcoldinlet:High-ZCircularoutlet:High-XCircular立方网格划FlowFileSaveProject保存项返回到Project（项目）页，在ComponentB的Mesh子块MeshingModule（网划分模块CFX步在ComponentB的Setup上点击鼠标右键启CFX-Pre独立窗口启动运行CFX-在Setup点击鼠标右键选择Edit来启动CFX-Pre独立窗细节Material（材料）：Airat25稳流，K-Epsilon定义4CEL表达式hotinletvel 1.0coldinletvel 1.75hotinlettemp=coldinlettemp=InletHot（进热口）：InitialVelocityhotinletvel,T=hotinlettemp,TurbulenceIntensity（中等湍流强度InletCold（进冷口）：InitialVelocity=coldinletvel,T=coldinlettemp,TurbulenceIntensity（中等湍流强度PressureOut（压力输出）0【Pa】相对静水压强（RelativeStaticCentralBlock（中心块）：绝热{请注意这个是一个模糊定义。正确的过程将CFX中求得一个完整的CHT解，并将温度传入给ANSYS。而在模拟时，在CFX中墙看做是绝热的，然后计算它上面的温度分布并把温度传递给ANSYS。}SolverControl（求解控制）：时间量程控制：自动时间量程，100个迭代次数建议把InletVelocities和TemperaturesDX输入变 这4个CEL表达式，然后选择UseasWorkbenchInput注意，此时的projectpage包含了一个ParameterSet栏，它里面包CFX分析中DX参保存项目文运行按如下设置进口速度和温度后运行hotinletvel=1.0coldinletvel=1.75hotinlettemp=coldinlettemp=在在Solution择Update，运行CentralBlock温CFD输出参从Schematic从SchematicBCell5中打开CFDCFDPOST中建立一个表达式tempspread=maxVal(T)@CentralBlockminVal(T)@CentralBlock并将其作为保存项SteadyStateThermal ysis（稳态热分析系在Schematic 一Steady-State（ANSYS）分析系稳态热分析步左键点击ComponentC的Geometry将其拖放到CellD4。即CentralBlock的几何模型传到SST(ANSYS)分析系统中。左键点击ComponentB的Solution(CFX)将其拖放到CellD4。即CentralBlock的流动热负荷传到SST(ANSYS分析系重命名在ProjectSchematic中的组件，SST(ANSYS)变成了ComponentC删除了SST(ANSYSGeometry子模保存项 在ComponentC中的Setupandclick，选择Edit稳态热分析步(b)选择它来将CentralBlock上(a)点击选择在Centralblock上导入CFX分析得到的centralblock的所有CFD在MECHANICAL中保存项目并返回到ProjectPage（项目页静态结构分析组在Steady-StateThermalANSYSSolution上点击鼠标右键选择TransfertoNew后单击StaticStructural(ANSYS)StaticStructural(ANSYS)在MECHANICAL中将作为一个独立的环Schematic的完整页静态结构分析步环境环境2中的Body从环境1中的热静态结构分析步Low-ZLow-Zsurface作为EquivalentStressEquivalentStress（等效应力）和Total（整体变形）作为求解分析设置MECHANICAL中的输出参输出参数就是 的响应参数EquivalentStress【在DetailsBox中选 umTotalDeformation【在DetailsBox中选 um推荐将最大等效应力和最大整体变形作为DX输出参Schematic的完整页ParameterSetOutlineofallParameters。见下个幻灯查看参数设3CFX参数数目：MECHANICAL（力学的）2CFX：1响应面建模和优ResponseSurface（响应面）基于输入参数数目，需要一个给定数目的解（设计点）来建立一个响应面一个DesignofExperiments或DOE方法决定了多少设计点和哪些设计点需求解一旦所需求解完成，基于结果的响应面就能拟合出来了 没有“硬”（“hard”solution）存在比起为离散的参数集赋值，ResponseSurface出值参数变将对DUCT做的确定性分析的参数变化如下Hotinlet_Radius=0.45mto0.55Coldinlet_Radius=0.45mto0.55Outlet_Radius=0.45mto0.55 =0.5m/sto1.5 =400Kto =1.0m/sto2.5 =300Kto一般不需要指定每个参数会使用多少个点。DOE法将提供有用的点。然，用户可以使用 的设计点来更好地拟合响应曲面。在一个高非线性题中，建议按增加设计点数。同样，在分析结束后，能够给出对应7个输入参数（最大值和最小值之间中任意值的输出参数的一个评估建立响应面的步返回到schematics页，并从DesignExplorationToolbox 双击DesignofExperiments为输入参数设置边点击此在这里改变边DOE方式和设计点数ResponseSurfaceResponseSurface响应面评在ResponseSurface上点击鼠标右键选择UpdateWB将启动对需要80结在ResponseSurface上点击鼠标右键查看响应面的细OutlineoftheResponsesurface中，可以看ResponsePoints文夹和它下面一个默认的Responsepoint（通常是设计空间的中心用如下三种方式来评价响应Spiderchart（蜘蛛图）：在一个简图上检测所有输出参数的值和变Localsensitivity（局部灵敏度）：检测响应点附近的每个参数的分Response（响应）：2D或3D图形反映了对应一个或两个输入参输出参数的变响应图：二维曲ResponsePoint选择ChartMode（图形模式）：inletcoldvelocityvelocity-1)的变化曲线在“Properties”窗口底部的游标可以改图中没用到的输入参数的值响应图：二维曲umStressVariationwithCold最大应力伴随冷流速度的变响应图：二维曲umDeformationwithHotJet最大变形伴随热流温度的变响应图：二维曲umStressVariationwith最大应力伴随出口半径的变响应图：二维曲TemperatureSpreadwithOutlet温度耗散与出口半径的关响应图：曲面ResponseResponsePoint选择ChartMode（图形模式）：选择合适的X，Y和Z轴变量。【在下一页中查tempspread的变化在“属性”窗口底部的游标可以改变非设计点的响应图：曲面VariationofMaxStressVariationofMaxStresswithHotandColdJetRadii最大应力伴随冷、流喷口半径的变在面上移动鼠标查看X，YZ响应图：曲面VariationofMaxDeformationVariationofMaxDeformationwithHotandColdJetTemperatures最大变形伴随冷、热喷流度的变使使用鼠标键旋转或放大图在面上移动鼠标查看X，YZ的实际响应图：曲面VariationVariationofMaxDeformationwithColdJetradiusandhotjetvelocity最大变形伴随冷喷口半径和热喷口速度的变响应图：局部灵敏Responsepoint，然后选择“Sensitivity”图此图可以显示为条状图或饼状图，它给出了对应响应点附近的输入参数的每个输出参数的局部灵敏度。响应图：局部灵敏度示所有输出参数所有输出参数对热喷口的速度和温度都很敏冷喷口的半径对最大变形和最大应力都没有影响最小/最大搜在schematics中 min/maxsearch（最小/最大搜索）系统，将其拖放到responsesurface子模块。在Min-MaxSearch点击鼠标右键选择最小/最大值提供了在设计中所期待的表现的首个迹象表格表明在tempspread（温度耗散），MaxStress（最大应）和MaxTotalDeformation（最大整体变形）有一个很大的变化范改变响应面类型（为了得到更好的拟合图选选择ResponseType：目标驱动优D分析结果可以按前面所示用图形显示。图形结构允许用户可视化与特定参数组合相关的变化。为了查询最佳位置的响应面，应用了DX中的GoalDrivenOptimization工。GoalDrivenOptimizationApproach中指定了输入和输出参数的需求指定了参数的重生成了一组样本设选择了一个最合优化：找到输入参数的最佳选将将toolbox中的一个GoalDrivenOptimization系统拖放到responsesurface建立目在Optimization上点击鼠标右键选择在表格中设置优最小 umStess（最大应力）并将其重要性设为最小化Tempspread（温度耗散）并将其重要性设为最小 umDeformation（最大变形）并将其重要性设为“Higher在特性中选择“Screening”（筛选）作为1000建立目候选设在schematics在schematics中选择Optimization，并点击鼠标右键选择Update，或则从项目页主菜单中选Update三个候选设计现在被标记了星号等级（星号越多越好在1000个样本点中，候选项A是本例中的最好选tempspread（温度耗散）达到了62.31K，MaxStress（最大应力）1.3011E+09Pa和MaxDeformation（最大变形）2.6mm样给权衡tradeOff图（权衡图）goaldrivenoptimization（目标驱动优化）outlineofOptimization中选择Trade-off，然后X轴设为EquivalentStressMax（效应力）（Y轴应该是Total um（最大整体变形权衡颜色显示了与颜色显示了与既定设计目标的匹配程度，蓝的表示好，红的表示图形提供了关于输出参数的大量信息，通过此图，很明显1.6323e+09Pa