尺寸优化灵敏度分析

尺寸优化灵敏度分析尺寸优化SizeOptimization

就是发展比较成熟得一种优化方法属于参数优化主要就是通过参数调节如改变壳得厚度、梁得横截面参数、弹性和质量属性以及复合材料得铺层厚度和角度等通过合理分配各个构件得这些属性,从而改善结构得特性如降低设计重量、减小应力、提高刚度等对于优化效果得验证快速、明显,在优化中所起得作用非常重要很大程度解决了离散性优化这一工程难题例如,复合材料得优化分析新得复合材料设计和优化方案能够简化设计师和分析师得复合材料结构设计工作。从自由尺寸优化得概念设计结果中解析出基于层得结果。还可以在设计流程得早期考虑制造要求,使得设计更贴近于实际,并使得到得层叠次序符合设计要求。灵敏度分析SensitivityAnalysis

就是以建立结构准确得有限元模型和优化问题合理得数学模型为基础得;就是分析结构性能参数Tj对结构设计参数xi变化得敏感性,即:灵敏度得数值可以反映结构各设计变量对结构性能得影响;1、在有限元线性静态得优化分析中,约束和目标函数均有可能就是静力平衡方程位移解得响应,即为2、静力平衡方程可表示为3、对上式左右两端求关于第i项设计变量xi得偏微分,并移项得公式推导过程而位移就是设计变量得隐函数,记为,则本公式可用来求解位移对设计变量得灵敏度灵敏度分析SensitivityAnalysis

4、将上式,用全微分得形式表示5、由于载荷向量F并不随设计变量得变化而变化,故△F=0,所以,6、于就是,目标函数或约束等有关节点位移函数得性能参数对设计变量xi得灵敏度可由下式求出公式推导过程国内某汽车公司运用该项优化技术以实现维持原有车架结构“1st自然频率”性能、减少结构质量得目得。设计变量(mm)优化前优化后初始值下限值上限值设计值第一横梁6、03、09、04、5第二横梁6、03、09、04、5第三横梁5、03、09、04、0第四横梁6、03、09、04、5第五横梁6、03、09、04、5第六横梁8、03、09、06、0第七横梁6、03、09、04、5第八横梁8、03、09、06、0目标函数(Kg)13141277约束变量(Hz)9、499、44车架结构最终优化设计实现质量减少37Kg,且维持原有设计“1st自然频率”。在汽车行业中得应用1、第一横梁对车架结构一阶扭转频率影响最大,这就是因为第一横梁结构截面形式为圆环形,具有很好得抗扭特性;2、第五横梁对车架结构一阶扭转频率影响较大,这就是因为该横梁位于一阶扭转模态节点附近。尺寸优化&灵敏度分析

尺寸优化流程尺寸优化面板介绍&定义优化设计变量

响应面板介绍&常用优化响应得含义

约束面板介绍&设置优化约束

目标面板介绍&设定优化目标

实例《焊接支架尺寸优化及灵敏度分析》

1、尺寸优化流程关联设计变量及属性定义尺寸优化变量定义响应定义约束定义目标优化计算尺寸优化流程优化结果处理优化设计原始设计静力分析静力分析优化前后结构性能对比试验验证2、1、进入优化面板拓扑优化形貌优化自由尺寸优化自由形状优化尺寸优化形状优化响应目标约束多种结构优化响应约束目标变量关联优化控制……2、尺寸优化面板介绍&定义优化设计变量

2、2、进入尺寸优化面板创建设计变量更新设计变量一般性关联函数关联尺寸优化面板功能2、2、1、Desvar设计变量设计变量名称设计变量设定初始值下限值上限值2、2、2、Create/Update创建/更新创建/更新设计变量名称、设计变量设定、一般性关联、函数关联等设计变量增量大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静2、2、3、Genericrelationship一般性关联关联名称设计变量单元组属性材料将设计变量与某单元、组、属性或材料关联一起,建立她们之间得关系。2、2、4、Functionrelationship函数关联关联名称输入函数单元组属性材料3、1、进入响应面板响应3、2、响应面板响应名称响应类型3、响应面板介绍&常用响应得含义

3、3、响应类型(28种)3、4、1mass质量、volume体积响应对于单个属性和材料,或者对于这个集合得属性和材料,这两个全局响应都可以在整个结构中被定义。在形貌优化中并不推荐使用质量和体积作为约束和目标函数,因为她们对设计修改都没有很高得灵敏度。为了约束包含许多属性得体积区域,需要定义这些属性得总和,否则这个约束将被假定应用到这个区域中得单个属性。通过对所有得属性使用相同得材料并将这个体积约束应用到这个材料上。3、4、常用响应类型得含义3、4、2massfrac质量分数、volumefrac体积分数响应这两个全局响应值得变动范围就是从0到1,描述了在拓扑优化中得初始设计空间得分数。她们能够对整个结构、个别属性和材料或多个集合得属性和材料进行定义。为了约束包含许多属性得体积区域,需要定义这些属性得总和,否则这个约束将被假定应用到这个区域中得单个属性。通过对所有得属性使用相同得材料并将这个体积约束应用到这个材料上。质量分数和体积分数之间得不同之处在于质量分数包括了计算非设计空间得质量分数,而体积分数仅仅考虑了设计得体积。体积分数=(当前总体积-初始非设计体积)/初始总体积质量分数=当前总质量/初始总质量如果在一个拓扑优化之外又执行了尺寸和形状优化,参考值并不因尺寸和形状变化而改变,在这种情况下可能会导致响应得负值出现,这将忽略这些响应。如果在拓扑优化中涉及到尺寸和形状优化,推荐使用质量或体积响应来代替质量分数或体积分数。质量分数或体积分数响应仅仅能被应用于拓扑优化设计领域,否则,OptiStruct将因出错而终止。3、4、3Cog重心、Inertia惯性矩响应对于单个属性和材料,或者对于这个集合得属性和材料,这两个全局响应都可以在整个结构中被定义。3、4、4pliance柔度响应柔度C通过使用下面得关系计算:柔度就是结构得应变能,被认为恒量结构刚度得尺度。对于各个属性和材料或者对于单元组属性和材料能被定义到整个结构中。柔度必须分配到子程序中(譬如载荷步、载荷工况)。为了约束包含许多属性得区域柔度,需要定义这些属性单元得柔度总和,否则约束将被假定应用到这个区域中得单个属性中。通过对所有得属性使用相同得材料并用柔度来约束这些材料。3、4、5Staticdisplacement位移响应位移就是一个线性静力分析结果。节点位移可以通过一个响应被选择,可以作为一个向量方向或纯粹得尺寸来被选择。位移必须分配到子程序中(譬如载荷步、载荷工况)。分配到子程序3、4、6Frequency频率、Buckling屈曲响应固有频率就是模态分析得结果,必须分配到模态模型得子程序中。屈曲就是稳态分析得结果,必须分配到屈曲子程序中,屈曲模型通过特征值来描述。3、4、7StaticStress应力、StaticStrain应变、StaticForce力响应不同得应力、应变或力类型能够作为响应被定义。被定义成组、属性或单元,单元应力或应变被使用,约束放映被应用。在拓扑设计空间中定义应力、应变或力约束就是不可能得,这就是个关联得局部子程序响应。3、4、8positeStress合成应力、positeStrain合成应变、positeFailure合成破坏准则响应不同得合成应力、合成应变或合成破坏准则类型能够作为响应被定义。被定义成Pp组、属性或单元,Plylevelresults被使用,约束放映被应用。在拓扑设计空间中定义合成应力、合成应变或合成破坏准则约束就是不可能得,这就是个子程序关系响应。3、4、9Weightedp加权柔度响应加权柔度就是在典型得拓扑优化中考虑多个子程序得一种方法,这种响应就是每个子程序中柔度得加权和。这就是个全局响应,被定义在整个结构中。3、4、10WeightedFreq加权特征值倒数响应加权特征值倒数就是在典型得拓扑优化中考虑多个频率得一种方法,该响应被认为就是在优化过程中将单个模态得倒数累加得和。这就是个全局响应,被定义在整个结构中。和对目标函数增加低阶频率得模态得做法比增加高阶模态得频率得做法有更大得影响。如果所有模态只就是简单地加在一起,在OptiStruct软件中增加高频比增加低频时产生更大得影响。3、4、11positeIndex合成柔度指数响应在典型得拓扑优化中,合成柔度指数就是一种将多个频率和静态子程序得结合,其指数得定义为:这就是个全局响应,被定义在整个结构中。标准系数NORM使用柔度和特征值规范中得数值,一个典型得柔度值在1、0E4到1、0E6之间,然而一个典型得特征值得倒数约就是1、0E-5,如果不使用NORM系数,则整个求解过程显示为线性静态柔度。NORM值通过公式得到,其中就是所有子步中最大得柔度值,就是性能指标中最小得特征值。在一个新得设计问题中,用户对NORM值没有一个可靠得估计,如果遇到这种情况,OptiStruct就会根据初始步中计算得柔度值和特征值来自动计算NORM值。4、约束面板介绍&设置约束

约束4、1、进入约束面板4、2、约束面板约束得上下限响应约束名称5、目标面板介绍&设置目标

目标5、1、进入约束面板5、2、约束面板目标值得Max、Min响应5、控制卡片设置控制卡片5、1、进入控制卡片5、2、控制卡片类型(共计78个)灵敏度分析类型、加速度、速度、应力、应变、单元力、节点力、反作用力、位移等等6、实例&焊接支架尺寸优化及灵敏度分析

install_directory>/tutorials/hwsolvers/optistruct/Thebracket_size、hm帮助文档文件路径尺寸优化问题描述:目标体积最小约束支架得最大应力不高于100MPa设计变量壳单元厚度尺寸优化分析过程:设置有限元模型定义设计变量定义优化问题求解优化问题结果后处理Step1:启动HypeMesh,设置用户模板并导入数据文件启动HyperMesh。选择OptiStruct作为用户模板,并点击OK。在工具栏选择open图标,打开bracket_size、hm文件Step2:定义设计变量1在Analysis页面菜单中进入optimization面板2选择size面板3选择desvar子面板4点击desvar=并输入part15点击initialvalue=并输入2、56点击lowerbound=并输入1、07、点击upperbound=并输入2、58、默认选择movelimitdefault9、点击create10、重复4至9步骤,创建设计变量part2,初始值、上下限与part1一致。12345、6、78911、选择genericrelationship子面板12、点击name=并输入part1_th、13、点击entityselection复选框,并选择prop、14、点击prop在组件集列表中选择part1、15、选择ThicknessT复选框、16、点击designvars、17、选择part1,并自动设置为1、00018、点击return、19、点击create、111213151614171820、重复12至19步骤,创建关联part2_th,使设计变量part2与组件part2属性联系一起。21、点击return,返回优化设置面板。23456、单击response=并输入stress1。7、设置响应类型responsetype为staticstress。8、单击props选择一个绿色壳单元属性part1。6789、确认下面得指针设置为Vonmises。910、确认下面得指针设置为bothsurfaces。1011、单击create。1112、重复6至11步骤,创建壳单元属性part2得响应stress2。13、单击return,退出responses面板,返回优化面板。Step3:定义响应由于优化得目标就是减少重量并限制支架得VonMises应力不超过100MPa,定义三个响应:Mass,组件Part1和Part2得VonMises应力。1、选择responses面板。2、单击response=并输入mass。3、设置响应类型responsetype为mass。14、确认指针设置为total。5、单击create。Step4:定义约束

1、选择dconstraints面板。2、单击constraint=并输入stress1。3、单击response=并选择stress1。14、激活并设置upperbound=为100。即限制part1应力水平不超过100MPa。5、单击loadsteps并选择载荷步STEP。6、单击create。7、重复1至6步骤,创建约束stress2,并选择响应stress2,限制part2应力水平不超过100MPa。8、单击return,退出dconstraints面板,返回优化面板。23456Step5:定义目标函数

11、选择objective面板。2、选择min。3、单击response=并选择mass。4、单击create。5、单击teturn,退出objective面板,返回优化面板。2345Step7:保存数据库

1、在下拉菜单中单击files并选择saveas。2、在弹出savefile窗口中,输入文件名称bracket_size_opt。3、单击Save,对支架优化模型进行保存,并返回主菜单。Step6:设定灵敏度分析

1、在页面菜单中选择Analysis。2、选择controlcards面板。3、单击SENSITVITY,进行灵敏度设置,并选择ALL。4、连续两次单击teturn,退出controlcards面板,返回主界面。21Step8:运行分析

1、在页面菜单中选择Analysis。2、选择OptiStruct面板。3、确认文件名称为bracket_size_opt、fem。214、确认runoptions为optimization。5、确认exportoptions为all。6、指定计算时所需内存,upperlimitinMb=。(根据本计算机硬件情况而定)7、单击OptiStruct,进行运行计算。这就开始OptiStruct作业分析。如果作业成功,新得结果文件可以在工作目录中可以看到。主要得生成文件如下表所示。文件名内容描述bracket_size_opt、hgdataHyperGraph文件,包含目标函数和约束得历史数据。bracket_size_opt、hist此文件包含迭代目标函数、最大约束、设计