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优化分析

1、优化的必要性

随着技术的发展,产品的研发在其生命周期中的地位越来越重要,不同的研发流程,对产品的开发周期及成本影响非常之大。

下图描绘了不同研发流程对设计周期与成本的影响,横坐标代表的?#24039;?#35745;周期,纵坐标代表了研发成本。其中红色曲线代表的是传统机械产品研发流程:设计-制造样机-试验,根据试验结果调整设?#21697;?#26696;,然后重新制造样机试验,在这个过程中,通过试验来指导设计的修改,制造样机与实验;工程上,为了加快产品的设计周期,有限元分析技术也大量的运用到产品的研发之中,设计完成的模型,在制造样机的同时,先根据产品的受力状况进行有限元分析,然后根据分析的结果调整设计参数,再进行有限元计算,经过多次计算分析并调整设计后,进行样机制造和测试,最后得到适合的设计模型;但是前面的分析和方案调整也是人工进行干预的,与设计人员的设计经验有很大关系,为了能够实现自动的产品设计优化,我们推荐大家在设计和分析的同时,引进TOSCA软件进行一个优化过程,根据我们定义的目标函数和约束条件,自动完成模型方案的优化。

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2、无参优化

无参数优化包括以下多种优化方法?#21644;?#25169;优化,应力形状优化和条纹优化;在工程运用中,通过这几个优化方法的组合,对于不同的问题,可?#36234;?#34892;不同的优化方案。

以下是一个典型的零部件结构拓扑优化流程:

1) 从CAD软件(Pro/E, CATIA, UG, SolidWorks等)中导入CAD模型

2) 利用ANSA等前处理工具进行有限元分析前处理

a) 几何清理,抽取中面,网格划分

b) 材料设置,装配连接,设置分析步骤

c) 设置边界条件及载荷

d) 模?#22270;?#26597;及输出输入文件

3) 在ANSA软件中的TOSCA GUI中设置优化参数

a) 设置优化算法,设计区域及响应变量

b) 设置优化目标,约束

c) 设置停止条件,优化设置,smooth参数

4)选择有限元求解器(ABAQUS 或者其他求解器),提交优化计算,优化软件自动调用有限元求解器,并自动调用TOSCA优化求解器进行优化计算,并判断是否收?#19981;?#32773;达到停止条件,如果没有达到,返回4步骤继续下个循环的计算,如果满足,结束优化计算

5) TOSCA.Smooth和TOSCA.Post?#20132;?#32593;格并查看优化结果

6) 输出验证模型到求解器中再次验证计算

7) 输出CAD支持的IGS、STEP等文件到CAD软件中参考设计

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3、参数优化

对于在已经成型的设计优化,设计到对多学科的分析结果的分析,我们可以选择多学科多参数优化方案。目前我们提供的方案是以ANSA/META为平台,利用Isight进行的任务流程集成多学科分析任务。

以下是一个简单的多学科多参数优化流程:

1. 从CAD软件(Pro/E, CATIA, UG, SolidWorks等)中导入CAD模型

2. 利用ANSA等前处理工具进行有限元分析前处理

a) 几何清理,抽取中面,网格划分

b) 材料设置,装配连接,设置分析步骤

c) 设置边界条件及载荷

d) 模?#22270;?#26597;及输出输入文件

e) 输出求解模型

3. ANSA中设置Morphing boxes和网格变化参数

4. ANSA的任务管理其中建立优化任务,并设置优化输入文件配置及变量,并设置相关参数,配置导出有限元计算模型参数

5. ABAQUS Nastran等求解软件计算求解

6. 导入计算结果到META中,输出关心部分的结果响应

7. 建立Isight优化仿真流程,设置相应的优化算法,并将步骤4-6的输出文件和命令设置完成

8. 启动Isight任务计算,动调用图中黄色部分10-6-7-8的任务流程

9. 等待Isight计算完成后,得到优化的设计参数,返回到CAD设计系统修改设计模型,完成优化




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