ANSYS优化设计--设计优化技术.doc

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1、ANSYS优化设计--设计优化技术ANSYS设计优化技术基于ANSYS的APDL语言建立的参数化模型。基于参数化有限元分析过程的设计优化包含下列基本要素：1、设计变量（往往在开始级、前处理器或求解器中定义）；2、状态变量（来源于分析的结果后处理）；3、目标函数（最后得到关于模型系统或分析结果的导出量）；4、优化计算方法即优化设计工具（零阶方法是一个可以有效处理大多数工程问题的方法，一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度，更加适合于精确的优化分析）。  优化设计过程就是一个反复优化改变设计变量以在满足状态变量限制条件下使目标函数变量参数逼近最小值。在执行优化分析前必须创建一个分析

2、文件，它是一个基于APDL参数化有限元分析过程的命令流输入文件，包括一个完整的前处理、求解和后处理分析过程，其中必须包含一个参数化的模型，定义有设计变量、状态变量和目标函数。基本过程：1、利用APDL的参数技术和ANSYS的命令创建参数化分析文件，用于优化循环分析文件，除包括整个分析过程外还必须满足以下条件。（1）在前处理器PREP7中建立参数化模型。（2）在求解器SOLUTION中求解。（3）在后处理器POST1/POST26中提取并指定状态变量和目标函数。2、进入优化设计器OPT，执行优化设计分析过程。（1）指定分析文件。（2）声明优化变量，包括设计变量、状态变量和目标函数。

3、（3）选择优化工具或优化方法。（4）指定优化循环控制方式。（5）进行优化分析。（6）查看设计序列结果。求解方法：1、SingleRun：2、RandomDesigns：3、Factorial：4、Gradient：5、DVSweeps：6、Sub-Problem：7、First-Order：8、UserOptimizer：注：1、在进入求解器之前定义设计变量，以便在优化设计器中指定读取分析文件的起始行为第一个/prep7命令行。每次优化迭代计算完成后程序自动修改设计变量的值，并进入下一次迭代，即重新从指定的起始行读取分析文件，如果起始行后接着出现优化变量赋值定义语句，那么优化变量

4、的值就强制恢复成初始值，即设计变量始终保持不变，不进行任何循环优化计算。（亦即优化变量要在/prep7之前定义）2、优化技术是搜索和处理设计空间的技术，优化设计目标求最小值不一定是优化的最终目标。在无目标条件下，状态变量与设计变量均满足指定范围要求时获取可行性的设计序列，所以目标函数在实际应用中可以不定义。3、零阶方法与一阶方法的对比：    除一阶方法First-Order，其他方法均为零阶方法。除此之外，用户可以利用用户自己开发的外部优化计算法代替ANSYS本身的优化算法进行优化设计。1）零阶方法（直接法）：是最常用的方法，使用所有因变量（状态变量和目标函数）的逼近，可以有效

5、的处理绝大数工程问题。2）一阶方法（间接法）：本方法使用偏导数，即使用因变量的一阶导数。此方法精度很高，尤其是在因变量变化很大，设计空间也相对较大时，但是，占用的机时较多。与零阶方法相比，一阶方法计算量大，结果精确。但是，精度高并不能保证所得的就是最佳解。下面是一些注意点：（1）一阶方法可能在不合理的设计序列上收敛，这时可能是找到了一个局部最小值，或是不存在合理的设计空间。如果出现这种情况，可以使用零阶方法，更好的研究整个设计空间。也可以先运行随机搜索，确定合理的设计空间（如果存在的话），然后以合理设计序列为起点重新运行一阶优化方法。（2）一阶方法更容易获得局部最小值。这是因为一

6、阶方法从设计空间的一个序列开始计算求解，如果起点很接近局部最小值的话，就会选择该最小值而找不到全局最小值。如果怀疑得到的是局部最小值，就可以用零阶方法或随机搜索验证。（3）目标函数容限过小将会引起迭代次数过多。因为本方法计算实际有限元解（而非逼近），在计算过程中会根据给定的容限尽量找到确定的结果。