Ansys中文專家資料
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第一章 優(yōu)化設(shè)計
什么是優(yōu)化設(shè)計?
優(yōu)化設(shè)計是一種尋找確定最優(yōu)設(shè)計方案的技術(shù)。所謂“最優(yōu)設(shè)計”，指的是一種方案可以滿足所有的設(shè)計要求，而且所需的支出（如重量，面積，體積，應(yīng)力，費(fèi)用等）最小。也就是說，最優(yōu)設(shè)計方案就是一個最有效率的方案。
設(shè)計方案的任何方面都是可以優(yōu)化的，比如說：尺寸（如厚度），形狀（如過渡圓角的大小），支撐位置，制造費(fèi)用，自然頻率，材料特性等。實際上，所有可以參數(shù)化的ANSYS選項都可以作優(yōu)化設(shè)計。（關(guān)于ANSYS參數(shù)，請參看ANSYS Modeling and Meshing Guide 第十四章。）
ANSYS程序提供了兩種優(yōu)化的方法，這兩種方法可以處理絕大多數(shù)的優(yōu)化問題。零階方法是一個很完善的處理方法，可以很有效地處理大多數(shù)的工程問題。一階方法基于目標(biāo)函數(shù)對設(shè)計變量的敏感程度，因此更加適合于精確的優(yōu)化分析。
對于這兩種方法，ANSYS程序提供了一系列的分析——評估——修正的循環(huán)過程。就是對于初始設(shè)計進(jìn)行分析，對分析結(jié)果就設(shè)計要求進(jìn)行評估，然后修正設(shè)計。這一循環(huán)過程重復(fù)進(jìn)行直到所有的設(shè)計要求都滿足為止。
除了這兩種優(yōu)化方法，ANSYS程序還提供了一系列的優(yōu)化工具以提高優(yōu)化過程的效率。例如，隨機(jī)優(yōu)化分析的迭代次數(shù)是可以指定的。隨機(jī)計算結(jié)果的初始值可以作為優(yōu)化過程的起點(diǎn)數(shù)值。
基本概念
在介紹優(yōu)化設(shè)計過程之前，我們先給出一些基本的定義：設(shè)計變量，狀態(tài)變量，目標(biāo)函數(shù)，合理和不合理的設(shè)計，分析文件，迭代，循環(huán)，設(shè)計序列等。我們看以下一個典型的優(yōu)化設(shè)計問題：
在以下的約束條件下找出如下矩形截面梁的最小重量：
總應(yīng)力不超過max [max]
梁的變形不超過 max[max]
梁的高度h不超過h max[hhmax]
圖1-1 梁的優(yōu)化設(shè)計示例
設(shè)計變量（DVs）為自變量，優(yōu)化結(jié)果的取得就是通過改變設(shè)計變量的數(shù)值來實現(xiàn)的。每個設(shè)計變量都有上下限，它定義了設(shè)計變量的變化范圍。在以上的問題里，設(shè)計變量很顯然為梁的寬度b和高度h。b和h都不可能為負(fù)值，因此其下限應(yīng)為b，h>0，而且，h有上限h max。ANSYS優(yōu)化程序允許定義不超過60個設(shè)計變量。
狀態(tài)變量（SVs）是約束設(shè)計的數(shù)值。它們是“因變量”，是設(shè)計變量的函數(shù)。狀態(tài)變量可能會有上下限，也可能只有單方面的限制，即只有上限或只有下限。在上述梁問題中，有兩個狀態(tài)變量：（總應(yīng)力）和（梁的位移）。在ANSY...
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