尺寸优化&灵敏度分析.ppt

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1、CAE优化设计---尺寸优化&灵敏度分析篇开发管理部2010-02-05苏新涛主要内容Contents尺寸优化&灵敏度分析基本概念尺寸优化&灵敏度分析在汽车行业中的应用尺寸优化&灵敏度分析实例&汽车控制臂拓扑优化拓扑优化流程拓扑优化面板介绍&定义优化设计变量响应面板介绍&常用优化响应的含义约束面板介绍&设置优化约束目标面板介绍&设定优化目标尺寸优化SizeOptimization是发展比较成熟的一种优化方法属于参数优化主要是通过参数调节如改变壳的厚度、梁的横截面参数、弹性和质量属性以及复合材料的

2、铺层厚度和角度等通过合理分配各个构件的这些属性，从而改善结构的特性如降低设计重量、减小应力、提高刚度等对于优化效果的验证快速、明显，在优化中所起的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，复合材料的优化分析新的复合材料设计和优化方案能够简化设计师和分析师的复合材料结构设计工作。从自由尺寸优化的概念设计结果中解析出基于层的结果。还可以在设计流程的早期考虑制造要求，使得设计更贴近于实际，并使得到的层叠次序符合设计要求。灵敏度分析SensitivityAnalysis是以建立结构准确的有限

3、元模型和优化问题合理的数学模型为基础的；是分析结构性能参数Tj对结构设计参数xi变化的敏感性，即：灵敏度的数值可以反映结构各设计变量对结构性能的影响；1、在有限元线性静态的优化分析中，约束和目标函数均有可能是静力平衡方程位移解的响应，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的偏微分，并移项得公式推导过程而位移是设计变量的隐函数，记为，则本公式可用来求解位移对设计变量的灵敏度灵敏度分析SensitivityAnalysis4、将上式，用全微分的形式表示5、由于载荷向量

4、F并不随设计变量的变化而变化，故△F=0，所以，6、于是，目标函数或约束等有关节点位移函数的性能参数对设计变量xi的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、减少结构质量的目的。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6.0

5、3.09.04.5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”。在汽车行业中的应用1、第一横梁对车架结构一阶扭转频率影响最大，这是因为第一横梁结构截面形式为圆环形，具有很好的抗扭特性；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&常用优化响应的含义约束面板

6、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

7、.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，建立他们之间的关系。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

8、面板介绍&常用响应的含义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，或者对于这个集合的属性和材料，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，因为它们对设计修改都没有很高的灵敏度。为了约束包含许多属性的体积区域，需要定义这些属性的总和，否则这个约束将被假定应用到这个区域中的单个属性。通过对所有的属性使用相同的材料并将这个体积约束应用到这个材料上。3.4、常用响应类型的含义3.4.2massfrac质量