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優化分析

1、優化的必要性

隨著技術的發展,產品的研發在其生命周期中的地位越來越重要,不同的研發流程,對產品的開發周期及成本影響非常之大。

下圖描繪了不同研發流程對設計周期與成本的影響,橫坐標代表的是設計周期,縱坐標代表了研發成本。其中紅色曲線代表的是傳統機械產品研發流程:設計-制造樣機-試驗,根據試驗結果調整設計方案,然后重新制造樣機試驗,在這個過程中,通過試驗來指導設計的修改,制造樣機與實驗;工程上,為了加快產品的設計周期,有限元分析技術也大量的運用到產品的研發之中,設計完成的模型,在制造樣機的同時,先根據產品的受力狀況進行有限元分析,然后根據分析的結果調整設計參數,再進行有限元計算,經過多次計算分析并調整設計后,進行樣機制造和測試,最后得到適合的設計模型;但是前面的分析和方案調整也是人工進行干預的,與設計人員的設計經驗有很大關系,為了能夠實現自動的產品設計優化,我們推薦大家在設計和分析的同時,引進TOSCA軟件進行一個優化過程,根據我們定義的目標函數和約束條件,自動完成模型方案的優化。

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2、無參優化

無參數優化包括以下多種優化方法:拓撲優化,應力形狀優化和條紋優化;在工程運用中,通過這幾個優化方法的組合,對于不同的問題,可以進行不同的優化方案。

以下是一個典型的零部件結構拓撲優化流程:

1) 從CAD軟件(Pro/E, CATIA, UG, SolidWorks等)中導入CAD模型

2) 利用ANSA等前處理工具進行有限元分析前處理

a) 幾何清理,抽取中面,網格劃分

b) 材料設置,裝配連接,設置分析步驟

c) 設置邊界條件及載荷

d) 模型檢查及輸出輸入文件

3) 在ANSA軟件中的TOSCA GUI中設置優化參數

a) 設置優化算法,設計區域及響應變量

b) 設置優化目標,約束

c) 設置停止條件,優化設置,smooth參數

4)選擇有限元求解器(ABAQUS 或者其他求解器),提交優化計算,優化軟件自動調用有限元求解器,并自動調用TOSCA優化求解器進行優化計算,并判斷是否收斂或者達到停止條件,如果沒有達到,返回4步驟繼續下個循環的計算,如果滿足,結束優化計算

5) TOSCA.Smooth和TOSCA.Post平滑網格并查看優化結果

6) 輸出驗證模型到求解器中再次驗證計算

7) 輸出CAD支持的IGS、STEP等文件到CAD軟件中參考設計

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3、參數優化

對于在已經成型的設計優化,設計到對多學科的分析結果的分析,我們可以選擇多學科多參數優化方案。目前我們提供的方案是以ANSA/META為平臺,利用Isight進行的任務流程集成多學科分析任務。

以下是一個簡單的多學科多參數優化流程:

1. 從CAD軟件(Pro/E, CATIA, UG, SolidWorks等)中導入CAD模型

2. 利用ANSA等前處理工具進行有限元分析前處理

a) 幾何清理,抽取中面,網格劃分

b) 材料設置,裝配連接,設置分析步驟

c) 設置邊界條件及載荷

d) 模型檢查及輸出輸入文件

e) 輸出求解模型

3. ANSA中設置Morphing boxes和網格變化參數

4. ANSA的任務管理其中建立優化任務,并設置優化輸入文件配置及變量,并設置相關參數,配置導出有限元計算模型參數

5. ABAQUS Nastran等求解軟件計算求解

6. 導入計算結果到META中,輸出關心部分的結果響應

7. 建立Isight優化仿真流程,設置相應的優化算法,并將步驟4-6的輸出文件和命令設置完成

8. 啟動Isight任務計算,動調用圖中黃色部分10-6-7-8的任務流程

9. 等待Isight計算完成后,得到優化的設計參數,返回到CAD設計系統修改設計模型,完成優化




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