第一章優(yōu)化設(shè)計(jì)資料.doc

1、第一章 優(yōu)化設(shè)計(jì)什么是優(yōu)化設(shè)計(jì)?優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種尋找確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)所謂“最優(yōu)設(shè)計(jì)”,指的是一種方案可以滿足所有的設(shè)計(jì)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(shuō),最優(yōu)設(shè)計(jì)方案就是一個(gè)最有效率的方案設(shè)計(jì)方案的任何方面都是可以優(yōu)化的,比如說(shuō):尺寸(如厚度),形狀(如過(guò)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(shí)際上,所有可以參數(shù)化的ANSYS選項(xiàng)都可以作優(yōu)化設(shè)計(jì)(關(guān)于ANSYS參數(shù),請(qǐng)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(wèn)題零階方法是一個(gè)很完善

2、的處理方法,可以很有效地處理大多數(shù)的工程問(wèn)題一階方法基于目標(biāo)函數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)變量的敏感程度,因此更加適合于精確的優(yōu)化分析對(duì)于這兩種方法,ANSYS程序提供了一系列的分析評(píng)估修正的循環(huán)過(guò)程就是對(duì)于初始設(shè)計(jì)進(jìn)行分析,對(duì)分析結(jié)果就設(shè)計(jì)要求進(jìn)行評(píng)估,然后修正設(shè)計(jì)這一循環(huán)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行直到所有的設(shè)計(jì)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(guò)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(jì)算結(jié)果的初始值可以作為優(yōu)化過(guò)程的起點(diǎn)數(shù)值基本概念在介紹優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程之前,我們先給出一些基本的定義:設(shè)計(jì)變量,狀態(tài)變量,目標(biāo)函數(shù),合理和不合理的設(shè)計(jì),分析文件,迭代,循環(huán),設(shè)計(jì)序列等

3、我們看以下一個(gè)典型的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題:在以下的約束條件下找出如下矩形截面梁的最小重量:l 總應(yīng)力s不超過(guò)smax s£smaxl 梁的變形d不超過(guò)d maxd£dmaxl 梁的高度h不超過(guò)h maxh£hmax圖1-1 梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)示例設(shè)計(jì)變量(DVs)為自變量,優(yōu)化結(jié)果的取得就是通過(guò)改變?cè)O(shè)計(jì)變量的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)的每個(gè)設(shè)計(jì)變量都有上下限,它定義了設(shè)計(jì)變量的變化范圍在以上的問(wèn)題里,設(shè)計(jì)變量很顯然為梁的寬度b和高度hb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 maxANSYS優(yōu)化程序允許定義不超過(guò)60個(gè)設(shè)計(jì)變量狀態(tài)變量(SVs)是約束設(shè)計(jì)的數(shù)值它們

4、是“因變量”,是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)狀態(tài)變量可能會(huì)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?jiǎn)栴}中,有兩個(gè)狀態(tài)變量:s(總應(yīng)力)和d(梁的位移)在ANSYS優(yōu)化程序中用戶可以定義不超過(guò)100個(gè)狀態(tài)變量目標(biāo)函數(shù)是要盡量減小的數(shù)值它必須是設(shè)計(jì)變量的函數(shù),也就是說(shuō),改變?cè)O(shè)計(jì)變量的數(shù)值將改變目標(biāo)函數(shù)的數(shù)值在以上的問(wèn)題中,梁的總重量應(yīng)該是目標(biāo)函數(shù)在ANSYS優(yōu)化程序中,只能設(shè)定一個(gè)目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)變量,狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)總稱為優(yōu)化變量在ANSYS優(yōu)化中,這些變量是由用戶定義的參數(shù)來(lái)指定的用戶必須指出在參數(shù)集中哪些是設(shè)計(jì)變量,哪些是狀態(tài)變量,哪是目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)序列是指確定一個(gè)特定模型的參數(shù)的集合一

5、般來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)序列是由優(yōu)化變量的數(shù)值來(lái)確定的,但所有的模型參數(shù)(包括不是優(yōu)化變量的參數(shù))組成了一個(gè)設(shè)計(jì)序列一個(gè)合理的設(shè)計(jì)是指滿足所有給定的約束條件(設(shè)計(jì)變量的約束和狀態(tài)變量的約束)的設(shè)計(jì)如果其中任一約束條件不被滿足,設(shè)計(jì)就被認(rèn)為是不合理的而最優(yōu)設(shè)計(jì)是既滿足所有的約束條件又能得到最小目標(biāo)函數(shù)值的設(shè)計(jì)(如果所有的設(shè)計(jì)序列都是不合理的,那么最優(yōu)設(shè)計(jì)是最接近于合理的設(shè)計(jì),而不考慮目標(biāo)函數(shù)的數(shù)值)分析文件是一個(gè)ANSYS的命令流輸入文件,包括一個(gè)完整的分析過(guò)程(前處理,求解,后處理)它必須包含一個(gè)參數(shù)化的模型,用參數(shù)定義模型并指出設(shè)計(jì)變量,狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)由這個(gè)文件可以自動(dòng)生成優(yōu)化循環(huán)文件(Jobnam

6、e.LOOP),并在優(yōu)化計(jì)算中循環(huán)處理一次循環(huán)指一個(gè)分析周期(可以理解為執(zhí)行一次分析文件)最后一次循環(huán)的輸出存儲(chǔ)在文件Jobname.OPO中優(yōu)化迭代(或僅僅是迭代過(guò)程)是產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)序列的一次或多次分析循環(huán)一般來(lái)說(shuō),一次迭代等同于一次循環(huán)但對(duì)于一階方法,一次迭代代表多次循環(huán)優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)記錄當(dāng)前的優(yōu)化環(huán)境,包括優(yōu)化變量定義,參數(shù),所有優(yōu)化設(shè)定,和設(shè)計(jì)序列集合該數(shù)據(jù)庫(kù)可以存儲(chǔ)(在文件Jobname.OPT),也可以隨時(shí)讀入優(yōu)化處理器中上述的許多概念可以用圖解幫助理解圖1-2示出了優(yōu)化分析中的數(shù)據(jù)流向分析文件必須作為一個(gè)單獨(dú)的實(shí)體存在,優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)不是ANSYS模型數(shù)據(jù)庫(kù)的一部分優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟共有兩種

7、方法實(shí)現(xiàn)ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì):批處理方法和通過(guò)GUI交互式地完成這兩種方法的選擇取決于用戶對(duì)于ANSYS程序的熟悉程度和是否習(xí)慣于圖形交互方式如果對(duì)于ANSYS程序的命令相當(dāng)熟悉,就可以選擇用命令輸入整個(gè)優(yōu)化文件并通過(guò)批處理方式來(lái)進(jìn)行優(yōu)化對(duì)于復(fù)雜的需用大量機(jī)時(shí)的分析任務(wù)來(lái)說(shuō)(如非線性),這種方法更有效率而另一方面,交互方式具有更大的靈活性,而且可以實(shí)時(shí)看到循環(huán)過(guò)程的結(jié)果在用GUI方式進(jìn)行優(yōu)化時(shí),首要的是要建立模型的分析文件,然后優(yōu)化處理器所提供的功能都可以交互式的使用,以確定設(shè)計(jì)空間,便于后續(xù)優(yōu)化處理的進(jìn)行這些初期交互式的操作可以幫助用戶縮小設(shè)計(jì)空間的大小,使優(yōu)化過(guò)程得到更高的效率優(yōu)化設(shè)計(jì)通常包

8、括以下幾個(gè)步驟,這些步驟根據(jù)用戶所選用優(yōu)化方法的不同(批處理GUI方式)而有細(xì)微的差別圖1-2 優(yōu)化數(shù)據(jù)流向1 生成循環(huán)所用的分析文件該文件必須包括整個(gè)分析的過(guò)程,而且必須滿足以下條件:a 參數(shù)化建立模型(PREP7)b 求解(SOLUTION)c 提取并指定狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)(POST1/POST26)2 在ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)里建立與分析文件中變量相對(duì)應(yīng)的參數(shù)這一步是標(biāo)準(zhǔn)的做法,但不是必須的(BEGIN或OPT)3 進(jìn)入OPT,指定分析文件(OPT)4 聲明優(yōu)化變量5 選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法6 指定優(yōu)化循環(huán)控制方式7 進(jìn)行優(yōu)化分析8 查看設(shè)計(jì)序列結(jié)果(OPT)和后處理(POST1/POST26

9、)優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟的細(xì)節(jié)在下面列出批處理方式和交互方式的區(qū)別也同時(shí)指出第一步:生成分析文件分析文件生成是ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵部分ANSYS程序運(yùn)用分析文件構(gòu)造循環(huán)文件,進(jìn)行循環(huán)分析分析文件中可以包括ANSYS提供的任意分析類型(結(jié)構(gòu),熱,電磁等,線性或非線性)(注:ANSYS/LS-DYNA的顯式分析不能進(jìn)行優(yōu)化)在分析文件中,模型的建立必須是參數(shù)化的(通常是優(yōu)化變量為參數(shù)),結(jié)果也必須用參數(shù)來(lái)提取(用于狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù))優(yōu)化設(shè)計(jì)中只能使用數(shù)值參數(shù)(參數(shù)和ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言(APDL)在ANSYS Modeling and Meshing Guide中有所細(xì)述)用戶的任務(wù)是建立分

10、析文件并保證其正確性分析文件應(yīng)當(dāng)覆蓋整個(gè)分析過(guò)程并且是簡(jiǎn)練的,不是必須的語(yǔ)句(如完成圖形顯示功能和列表功能的語(yǔ)句等)應(yīng)當(dāng)從分析文件中省略掉只有在交互過(guò)程中希望看到的顯示EPLODT等可以包含在分析文件中,或者將其定位到一個(gè)顯示文件中/SHOW請(qǐng)注意分析文件是要多次執(zhí)行的,與優(yōu)化分析本身無(wú)關(guān)的命令都會(huì)不必要的耗費(fèi)機(jī)時(shí),降低循環(huán)效率建立分析文件有兩種方法:1)用系統(tǒng)編輯器逐行輸入;2)交互式地完成分析,將ANSYS的LOG文件作為基礎(chǔ)建立分析文件這兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)用系統(tǒng)編輯器生成分析文件同生成其他分析時(shí)的批處理文件方法是一樣的這種方法使得用戶可以通過(guò)命令輸入來(lái)完全地控制參數(shù)化定義同樣,本方法可以

11、省去了刪除多余命令的麻煩但是,如果對(duì)于ANSYS命令集不熟悉的話,這種方法是不方便的對(duì)于這類用戶來(lái)說(shuō),第二種方法相對(duì)容易一些但是,在最后生成分析文件的過(guò)程中,ANSYS的LOG文件要做較大的修改才能適合循環(huán)分析不論采用哪種方法,分析文件需要包括的內(nèi)容都是一樣的以下說(shuō)明建立分析文件的步驟:A 參數(shù)化建立模型用設(shè)計(jì)變量作為參數(shù)建立模型的工作是在PREP7中完成的在給出的梁的例子中,設(shè)計(jì)變量是B(梁的寬度)和H(梁的高度),因此單元的實(shí)參是由B和H來(lái)表示的:/PREP7!初始化設(shè)計(jì)變量:B=2.0H=3.0!ET,1,BEAM3 !2-D梁?jiǎn)卧狝REA=B*H !梁的橫截面面積IZZ=(B*(H*3

12、)/12 !繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量R,1,AREA,IZZ,H !以設(shè)計(jì)變量表示的單元實(shí)參!模型的其他部分MP,EX,1,30E6 !楊氏模量N,1 !結(jié)點(diǎn)N,11,120FILLE,1,2 !單元EGEN,10,1,-1FINISH !退出PREP7前面提到,可以對(duì)設(shè)計(jì)的任何方面進(jìn)行優(yōu)化:尺寸,形狀,材料性質(zhì),支撐位置,所加載荷等,唯一要求就是將其參數(shù)化設(shè)計(jì)變量(例如B和V)可以在程序的任何部分初始化,一般是在PREP7中定義這些變量的初值只是在設(shè)計(jì)計(jì)算的開始用得到,在優(yōu)化循環(huán)過(guò)程中會(huì)被改變注意:如果用GUI模式完成輸入,可能會(huì)遇到直接用鼠標(biāo)拾取(picking)的操作有些拾取操作是不允許參數(shù)化輸

13、入的因此,應(yīng)當(dāng)避免在定義設(shè)計(jì)變量,狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)時(shí)使用這些操作,應(yīng)該用可以參數(shù)化的操作來(lái)代替B 求解求解器用于定義分析類型和分析選項(xiàng),施加載荷,指定載荷步,完成有限元計(jì)算分析中所用到的數(shù)據(jù)都要指出:凝聚法分析中的主自由度,非線性分析中的收斂準(zhǔn)則,諧波分析中的頻率范圍等載荷和邊界條件也可以作為設(shè)計(jì)變量梁的例子中,SOLUTION部分的輸入大致如下:/SOLUANTYPE,STATIC !靜力分析(缺省)D,1,UX,0,11,10,UY !UX=UY=0,梁兩端結(jié)點(diǎn)固定SFBEAM,ALL,1,PRES,100 !施加壓力SOLVEFINISH !退出SOLUTION這一步驟不僅僅限于一次分

14、析過(guò)程比如,可以先進(jìn)行熱分析再進(jìn)行應(yīng)力分析(在熱應(yīng)力計(jì)算中)C 參數(shù)化提取結(jié)果在本步中,提取結(jié)果并賦值給相應(yīng)的參數(shù)這些參數(shù)一般為狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)提取數(shù)據(jù)的操作用*GET命令(Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data)實(shí)現(xiàn)通常用POST1來(lái)完成本步操作,特別是涉及到數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),加減或其他操作在梁的例題中,梁的總重量是目標(biāo)函數(shù)因?yàn)橹亓颗c體積成比例(假定密度是均勻的),那么減小總體積就相當(dāng)于減小總重量因此可以選擇總體積為目標(biāo)函數(shù)在本例中,狀態(tài)變量選擇為總應(yīng)力和位移這些參數(shù)可以用如下方法定義:/POST1SET,NSORT,U,Y !以UY為基準(zhǔn)對(duì)結(jié)

15、點(diǎn)排序*GET,DMAX,SORT,MAX !參數(shù)DMAX=最大位移!線單元的推導(dǎo)數(shù)值由ETABLE得出ETABLE,VOLU,VOLU !VOLU=每個(gè)單元的體積ETABLE,SMAX_I,NMISC,1 !SMAX_I=每個(gè)單元I結(jié)點(diǎn)處應(yīng)力的最大值ETABLE,SMAX_J,NMISC,3 !SMAX_J=每個(gè)單元J結(jié)點(diǎn)處應(yīng)力的最大值!SSUM !將單元表中每列的數(shù)據(jù)相加*GET,VOLUME,SSUM,ITEM,VOLU!參數(shù)VOLUME=總體積ESORT,ETAB,SMAX_I,1 !按照單元SMAX_I的絕對(duì)值大小排序*GET,SMAXI,SORT,MAX !參數(shù)SMAXI=SMAX

16、_I的最大值ESORT,ETAB,SMAX_J,1 !按照單元SMAX_J的絕對(duì)值大小排序*GET,SMAXJ,SORT,MAX !參數(shù)SMAXJ=SMAX_J的最大值SMAX=SMAXI>SMAXJ !參數(shù)SMAX=最大應(yīng)力值FINISH請(qǐng)查閱*GET和ETABLE命令以得到更詳細(xì)的說(shuō)明分析文件的準(zhǔn)備到此為止,我們已經(jīng)對(duì)于分析文件的基本需求做了說(shuō)明如果是用系統(tǒng)編輯器來(lái)編輯的批處理文件,那么簡(jiǎn)單地存盤進(jìn)入第二步即可如果是用交互方式建模的話,用戶必須在交互環(huán)境下生成分析文件可以通過(guò)兩種方式完成本步操作:數(shù)據(jù)庫(kù)命令流文件或程序命令流文件數(shù)據(jù)庫(kù)命令流文件可以通過(guò)LGWRITE命令(Utilit

17、y Menu>File>Write DB Log File)生成命令流文件LGWRITE將數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的命令流寫到文件Jobname.LGW中內(nèi)部命令流包含了生成當(dāng)前模型所用的所有命令程序命令流文件Jobname.LOG包含了交互方式下用戶輸入的所有命令如果用Jobneme.LOG作為分析文件時(shí),用戶必須用系統(tǒng)編輯器刪除文件中所有不必要的命令因?yàn)榻换シ绞较滤械牟僮鞫加涗浽贚OG文件中,編輯工作會(huì)比較煩瑣而且,如果分析是在幾個(gè)過(guò)程中完成的,就必須將幾個(gè)LOG文合在一起編輯生成一個(gè)完整的分析文件(關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)命令流文件和程序命令流文件,請(qǐng)參看ANSYS Operations Guide)

18、注用戶可以退出ANSYS或使用/SYS命令來(lái)編輯分析文件細(xì)節(jié)請(qǐng)參看本章“生成分析文件”一節(jié)第二步:建立優(yōu)化過(guò)程中的參數(shù)在完成了分析文件的建立以后,就可以開始優(yōu)化分析了(如果是在系統(tǒng)中建立的分析文件的話,就要重新進(jìn)入ANSYS)如果在交互方式下進(jìn)行優(yōu)化的話,最好(但不是必須)從分析文件中建立參數(shù)到ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)中來(lái)(在批處理方式下除外)做這一步有兩個(gè)好處初始參數(shù)值可能作為一階方法的起點(diǎn),而且,對(duì)于各種優(yōu)化過(guò)程來(lái)說(shuō),參數(shù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中可以在GUI下進(jìn)行操作,便于定義優(yōu)化變量建立數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)可以選擇下列任一種方法:l 讀入與分析文件相聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)文件(Jobname.DB)這樣可以在ANSYS中建立整個(gè)模

19、型的數(shù)據(jù)庫(kù)讀入數(shù)據(jù)庫(kù)文件可以用如下方法:Command: RESUMEGUI: Utility Menu>File>Resume Jobname.dbUtility Menu>File>Resume froml 將分析文件直接讀入ANSYS進(jìn)行整個(gè)分析這樣將重新建立整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù),但對(duì)于大模型來(lái)說(shuō)要耗費(fèi)大量的機(jī)時(shí)要讀入分析文件,可以選擇下列方法之一:Command: /INPUTGUI: Utility Menu>File>Read Input froml 僅從存儲(chǔ)的參數(shù)文件中讀參數(shù)到ANSYS中,參數(shù)文件是用PARSAV命令或由Utility Menu>

20、Parameters>Save Parameters 存儲(chǔ)的讀入?yún)?shù)可以用下列方法之一:Command: PARRESGUI: Utility Menu>Parameters>Restore Parametersl 重新定義分析文件中存在的參數(shù)不過(guò),這樣做需要知道分析文件中定義了那些參數(shù)用以下任一方式:Command: *SET or “=” commandGUI: Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters可以選擇使用以上任意一種方式,然后用OPVAR命令(菜單路徑Main Menu>Design Opt>De

21、sign Variables)來(lái)指定優(yōu)化變量(參看第四步)注在優(yōu)化過(guò)程中,ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)不一定要同分析文件一致模型的輸入是在優(yōu)化循環(huán)過(guò)程中由分析文件中自動(dòng)讀入的第三步:進(jìn)入OPT,指定分析文件(OPT)以下的步驟是由OPT處理器來(lái)完成的首次進(jìn)入優(yōu)化處理器時(shí),ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有參數(shù)自動(dòng)作為設(shè)計(jì)序列1這些參數(shù)值假定是一個(gè)設(shè)計(jì)序列進(jìn)入優(yōu)化處理器可以用如下方式:Command: /OPTGUI: Main Menu>Design Opt在交互方式下,用戶必須指定分析文件名這個(gè)文件用于生成優(yōu)化循環(huán)文件Jobname.LOOP分析文件名無(wú)缺省值,因此必須輸入指定分析文件名,可以用下列方式之一

22、:Command: OPANLGUI: Main Menu>Design Opt>Assign在批處理方式下,分析文件通常是批命令流的第一部分,從文件的第一行到命令/OPT第一次出現(xiàn)在批處理方式中,缺省的分析文件名是Jobname.BAT(它是一個(gè)臨時(shí)性的文件,是批處理輸入文件的一個(gè)拷貝)因此,在批處理方式下通常不用指定分析文件名但是,如果出于某種考慮將批文件分成兩個(gè)部分(一個(gè)用于分析,另一個(gè)用于整個(gè)優(yōu)化分析),那么就必須在進(jìn)入優(yōu)化處理器后指定分析文件OPANL注在分析文件中,/PREP7和/OPT命令必須出現(xiàn)在行的第一個(gè)非零字符處(即,不允許有諸如$等符號(hào)出現(xiàn)在有這些命令的行中)

23、這一點(diǎn)在生成優(yōu)化循環(huán)文件時(shí)很關(guān)鍵第四步:聲明優(yōu)化變量下一步是聲明優(yōu)化變量,即指定哪些參數(shù)是設(shè)計(jì)變量,哪些參數(shù)是狀態(tài)變量,哪個(gè)參數(shù)是目標(biāo)函數(shù)以上提到,允許有不超過(guò)60個(gè)設(shè)計(jì)變量和不超過(guò)100個(gè)狀態(tài)變量,但只能有一個(gè)目標(biāo)函數(shù)聲明優(yōu)化變量可以用如下的方法:Command: OPVARGUI: Main Menu>Design Opt>Design Variables Main Menu>Design Opt>State Variables Main Menu>Design Opt>Objective對(duì)于設(shè)計(jì)變量和狀態(tài)變量可以定義最大和最小值目標(biāo)函數(shù)不需要給定范圍每

24、一個(gè)變量都有一個(gè)公差值,這個(gè)公差值可以由用戶輸入,也可以選擇由程序計(jì)算得出如果用OPVAR命令定義的參數(shù)名不存在,ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)中將自動(dòng)定義這個(gè)參數(shù),并將初始值設(shè)為零用戶可以在任意時(shí)間簡(jiǎn)單地通過(guò)重新定義參數(shù)的方法來(lái)改變已經(jīng)定義過(guò)的參數(shù),也可以刪除一個(gè)優(yōu)化變量OPVAR,Name,DEL這種刪除操作并不真正刪除這個(gè)參數(shù),而是不將它繼續(xù)作為優(yōu)化變量而已(參看“執(zhí)行后修正優(yōu)化變量”部分)第五步:選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法ANSYS程序提供了一些優(yōu)化工具和方法缺省方法是單次循環(huán)指定后續(xù)優(yōu)化的工具和方法用下列命令:Command: OPTYPEGUI: Main Menu>Design Opt>

25、;Method/Tool優(yōu)化方法是使單個(gè)函數(shù)(目標(biāo)函數(shù))在控制條件下達(dá)到最小值的傳統(tǒng)化的方法有兩種方法是可用的:零階方法和一階方法除此之外,用戶可以提供外部的優(yōu)化算法替代ANSYS本身的優(yōu)化方法使用其中任何一種方法之前,必須先定義目標(biāo)函數(shù)l 零階方法(直接法):這是一個(gè)完善的零階方法,使用所有因變量(狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù))的逼近該方法是通用的方法,可以有效的處理絕大多數(shù)的工程問(wèn)題l 一階方法(間接法):本方法使用偏導(dǎo)數(shù),即,使用因變量的一階偏導(dǎo)數(shù)此方法精度很高,尤其是在因變量變化很大,設(shè)計(jì)空間也相對(duì)較大時(shí)但是,消耗的機(jī)時(shí)較多l(xiāng) 用戶提供的優(yōu)化方法:外部的優(yōu)化程序(USEROP)可以代替ANSYS

26、優(yōu)化過(guò)程優(yōu)化工具是搜索和處理設(shè)計(jì)空間的技術(shù)因?yàn)榍笞钚≈挡灰欢ㄊ莾?yōu)化的最終目標(biāo),所以目標(biāo)函數(shù)在使用這些優(yōu)化工具時(shí)可以不指出但是,必須要指定設(shè)計(jì)變量下面是可用的優(yōu)化工具:l 單步運(yùn)行:實(shí)現(xiàn)一次循環(huán)并求出一個(gè)FEA解可以通過(guò)一系列的單次循環(huán),每次求解前設(shè)定不同的設(shè)計(jì)變量來(lái)研究目標(biāo)函數(shù)與設(shè)計(jì)變量的變化關(guān)系l 隨機(jī)搜索法:進(jìn)行多次循環(huán),每次循環(huán)設(shè)計(jì)變量隨機(jī)變化用戶可以指定最大循環(huán)次數(shù)和期望合理解的數(shù)目本工具主要用來(lái)研究整個(gè)設(shè)計(jì)空間,并為以后的優(yōu)化分析提供合理解l 等步長(zhǎng)搜索法:以一個(gè)參考設(shè)計(jì)序列為起點(diǎn),本工具生成幾個(gè)設(shè)計(jì)序列它按照單一步長(zhǎng)在每次計(jì)算后將設(shè)計(jì)變量在變化范圍內(nèi)加以改變對(duì)于目標(biāo)函數(shù)和狀態(tài)變量的

27、整體變化評(píng)估可以用本工具實(shí)現(xiàn)l 乘子計(jì)算法:是一個(gè)統(tǒng)計(jì)工具,用來(lái)生成由各種設(shè)計(jì)變量極限值組合的設(shè)計(jì)序列這種技術(shù)與稱之為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的技術(shù)相關(guān),后者是用二階的整體和部分因子分析主要目標(biāo)是計(jì)算目標(biāo)函數(shù)和狀態(tài)變量的關(guān)系和相互影響l 最優(yōu)梯度法:對(duì)用戶指定的參考設(shè)計(jì)序列,本工具計(jì)算目標(biāo)函數(shù)和狀態(tài)變量對(duì)設(shè)計(jì)變量的梯度使用本工具可以確定局部的設(shè)計(jì)敏感性l 用戶提供的優(yōu)化工具:可以用外部過(guò)程(USEROP)替代ANSYS優(yōu)化工具用戶可以通過(guò)USEROP過(guò)程將自己的方法和工具補(bǔ)充進(jìn)去更詳細(xì)的解釋在ANSYS Programmers Manual中第六步:指定優(yōu)化循環(huán)控制方式每種優(yōu)化方法和工具都有相應(yīng)的循環(huán)控制參數(shù)

28、,比如最大迭代次數(shù)等所有這些控制參數(shù)的設(shè)定都在同一個(gè)路徑下:GUI:Main Menu>Design Opt>Method/Tool以下列出設(shè)定控制參數(shù)的命令:l 設(shè)定零階方法的控制參數(shù):Command: OPSUBP和Command: OPEQNl 設(shè)定一階方法的控制參數(shù):Command: OPFRSTl 設(shè)定隨機(jī)搜索法的控制參數(shù):Command: OPRANDl 設(shè)定等步長(zhǎng)搜索法的控制參數(shù):Command: OPSWEEPl 設(shè)定乘子計(jì)算法的控制參數(shù):Command: OPFACTl 設(shè)定最優(yōu)梯度法的控制參數(shù):Command: OPGRADl 設(shè)定用戶優(yōu)化工具的控制參數(shù):Com

29、mand: OPUSER程序還提供了幾個(gè)總體控制來(lái)設(shè)定優(yōu)化過(guò)程中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方法:l 指定優(yōu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)文件名(缺省為Jobname.OPT):Command: OPDATAGUI: Main Menu>Design Opt>Controlsl 用下列方法激活詳細(xì)的結(jié)果輸出:Command: OPPRNTGUI: Main Menu>Design Opt>Controlsl 確定最佳設(shè)計(jì)系列的數(shù)據(jù)是否存儲(chǔ),用下列方法(缺省是數(shù)據(jù)庫(kù)和結(jié)果文件存儲(chǔ)最后一個(gè)設(shè)計(jì)系列):Command: OPKEEPGUI: Main Menu>Design Opt>Controls

30、用戶還可以控制幾個(gè)循環(huán)特性,包括分析文件在循環(huán)中如何讀取可以從第一行讀取(缺省),也可以從第一個(gè)/PREP7出現(xiàn)的位置開始讀取;設(shè)定為優(yōu)化變量的參數(shù)可以忽略(缺省),也可以在循環(huán)中處理而且,用戶可以指定循環(huán)中存儲(chǔ)哪種變量:只存儲(chǔ)數(shù)值變量還是存儲(chǔ)數(shù)值變量和數(shù)組變量這個(gè)功能可以在循環(huán)中控制參數(shù)的數(shù)值(包括設(shè)計(jì)變量和非設(shè)計(jì)變量)用下列方法設(shè)定這些循環(huán)控制特性: Command: OPLOOP GUI: Main Menu>Design Opt>Controls注OPLOOP命令中的Parms變量控制在循環(huán)中存儲(chǔ)哪個(gè)參數(shù)在循環(huán)中存儲(chǔ)數(shù)值變量和數(shù)組變量的選項(xiàng)在一般情況下不設(shè)置,除非是數(shù)組變量

31、在分析文件外定義,而在循環(huán)中需要保存的情況第七步:進(jìn)行優(yōu)化分析所有的控制選項(xiàng)設(shè)定好以后,就可以進(jìn)行分析了用下列方法開始分析: Command: OPEXE GUI: Main Menu>Design Opt>Run在OPEXE執(zhí)行時(shí),優(yōu)化循環(huán)文件(Jobname.LOOP)會(huì)根據(jù)分析文件生成這個(gè)循環(huán)文件對(duì)用戶是透明的,并在分析循環(huán)中使用循環(huán)在滿足下列情況時(shí)終止:收斂;中斷(不收斂,但最大循環(huán)次數(shù)或是最大不合理解的數(shù)目達(dá)到了);分析完成如果循環(huán)是由于模型的問(wèn)題(如網(wǎng)格劃分有問(wèn)題,非線性求解不收斂,與設(shè)計(jì)變量數(shù)值沖突等)中斷時(shí),優(yōu)化處理器將進(jìn)行下一次循環(huán)如果是在交互方式下,程序?qū)@示一

32、個(gè)警告信息并詢問(wèn)是繼續(xù)還是結(jié)束循環(huán)如果是在批處理方式下,循環(huán)將自動(dòng)繼續(xù)NCNV命令(Main Menu>Solution>Nonlinear>Criteria to Stop)是控制非線性分析的,在優(yōu)化循環(huán)中將被忽略中斷循環(huán)的設(shè)計(jì)序列是存盤的,但參數(shù)的數(shù)據(jù)有可能非常大,不符合實(shí)際情況所有優(yōu)化變量和其他參數(shù)在每次迭代后將存儲(chǔ)在優(yōu)化數(shù)據(jù)文件(Jobname.OPT)中最多可以存儲(chǔ)130組這樣的序列如果已經(jīng)達(dá)到了130個(gè)序列,那么其中數(shù)據(jù)最“不好”的序列將被刪除對(duì)于上述梁的例子,優(yōu)化部分的輸入大致如下:/OPT !進(jìn)入優(yōu)化處理器OPANL, !分析文件名(批處理方式不需要)! 聲明

33、優(yōu)化變量OPVAR,B,DV,.5,16.5 !B和H為設(shè)計(jì)變量OPVAR,H,DV,.5,8OPVAR,DMAX,SV,-0.1,0 !DMAX和SMAX為狀態(tài)變量OPVAR,SMAX,SV,0,20000OPVAR,VOLUME,OBJ !VOLUME為目標(biāo)函數(shù)!指定優(yōu)化類型和控制OPTYPE,SUBP !零階方法OPSUBP,30 !最大迭代次數(shù)OPEXE !開始優(yōu)化循環(huán)不同的優(yōu)化過(guò)程可以系列地完成比如,可以在零階方法的分析結(jié)束后再做等步長(zhǎng)搜索下面的命令對(duì)最佳設(shè)計(jì)序列做等步長(zhǎng)搜索:OPTYPE,SWEEP !掃描評(píng)估工具OPSWEEP,BEST,5 !最佳設(shè)計(jì)序列每個(gè)設(shè)計(jì)變量5次評(píng)估OP

34、EXE !開始優(yōu)化循環(huán)請(qǐng)查閱/OPT,OPANL,OPTYPE,OPSUBP,OPSWEEP和OPEXE命令以得到更詳細(xì)的說(shuō)明第八步:查看設(shè)計(jì)序列結(jié)果優(yōu)化循環(huán)結(jié)束以后,可以用本部分介紹的命令或相應(yīng)的GUI路徑來(lái)查看設(shè)計(jì)序列這些命令適用于任意優(yōu)化方法和工具生成的結(jié)果列出指定序列號(hào)的參數(shù)值: Command: OPLIST GUI: Main Menu>Design Opt>List可以選擇列出所有參數(shù)的數(shù)值,也可以只列出優(yōu)化變量用圖顯示指定的參數(shù)隨序列號(hào)的變化,可以看出變量是如何隨迭代過(guò)程變化的用以下方法實(shí)現(xiàn): Command: PLVAROPT GUI: Main Menu>

35、Design Opt>Graphs/Tables將圖的X軸由序列號(hào)換成別的參數(shù): Command: XVAROPT GUI: Main Menu>Design Opt>Graphs/Tables對(duì)于PLVAROPT和PRVAROPT操作,設(shè)計(jì)序列將自動(dòng)按照XVAROPT中參數(shù)以升序排列對(duì)于等步長(zhǎng),乘子和梯度工具有一些特別的查看結(jié)果的方法對(duì)于等步長(zhǎng)搜索,用OPRSW命令列出結(jié)果,用OPLSW命令圖示結(jié)果對(duì)于乘子工具,用OPRFA命令列出結(jié)果,用OPLFA命令圖示結(jié)果對(duì)于梯度工具,用OPRGR命令列出結(jié)果,用OPLGR命令圖示結(jié)果(相應(yīng)的路徑在后面對(duì)命令的詳細(xì)敘述中提及)另一個(gè)得

36、到優(yōu)化數(shù)據(jù)的方法是用STATUS命令(Main Menu>Design Opt>Status)在優(yōu)化處理器中使用本命令,將得到另外一些關(guān)于當(dāng)前優(yōu)化任務(wù)的信息,如分析文件名,優(yōu)化技術(shù),設(shè)計(jì)序列數(shù),優(yōu)化變量等用STATUS命令可以方便的查看優(yōu)化環(huán)境,驗(yàn)證需要的設(shè)定是否全部輸入優(yōu)化處理器除了查看優(yōu)化數(shù)據(jù),用戶可能希望用POST1或POST26對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行后處理缺省情況下,最后一個(gè)設(shè)計(jì)序列的結(jié)果存儲(chǔ)在文件 Jobname.RST(或.RTH等,視分析類型而定)中如果在循環(huán)運(yùn)行前將OPKEEP設(shè)為ON,最佳設(shè)計(jì)序列的數(shù)據(jù)也將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)和結(jié)果文件中“最佳結(jié)果”在文件Jobname.BRST

37、(.BRTH等)中,“最佳數(shù)據(jù)庫(kù)”在文件Jobname.BDB中操作設(shè)計(jì)序列查看數(shù)據(jù)以后,可能需要對(duì)其做一些操作比如說(shuō),在隨機(jī)搜索后,用戶可能希望將所有的不合理設(shè)計(jì)序列刪除,以合理的設(shè)計(jì)序列為數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行后面的優(yōu)化這里提供了幾種改變?cè)O(shè)計(jì)序列的方法下面兩個(gè)命令可以刪除不需要的序列:l 用下列命令選擇最佳設(shè)計(jì)序列或所有合理的序列: Command: OPSEL GUI: Main Menu>Design Opt>Select/Delete(所有沒(méi)有用OPSEL命令選擇的設(shè)計(jì)序列將永久地從優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)中刪除)l 刪除指定范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)序列:Command: OPDELGUI: Main Me

38、nu>Design Opt>Select/Delete對(duì)于這兩個(gè)命令,剩余設(shè)計(jì)序列的原始序列號(hào)將不變(優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)可以存儲(chǔ)130個(gè)設(shè)計(jì)序列)下列命令也可以對(duì)設(shè)計(jì)序列進(jìn)行操作:l 將兩個(gè)現(xiàn)存的序列相加形成一個(gè)新的設(shè)計(jì)序列(可以有比例系數(shù)):Command: OPADDl GUI: Main Menu>Design Opt>Combine用當(dāng)前的數(shù)值參數(shù)值(沒(méi)有在分析循環(huán)中運(yùn)行)生成一個(gè)新的設(shè)計(jì)序列:Command: OPMAKEGUI: Main Menu>Design Opt>Create多層優(yōu)化計(jì)算在很多情況下要做多于一次優(yōu)化計(jì)算的分析比如,在一次優(yōu)化后沒(méi)有

39、找到需要的優(yōu)化結(jié)果,或是用一種優(yōu)化工具開始計(jì)算然后做隨后的優(yōu)化分析(例如,先進(jìn)行隨機(jī)搜索,然后用零階方法)從第一次較少次數(shù)的循環(huán)中得到的結(jié)果可以作為修改設(shè)計(jì)空間并進(jìn)行以后優(yōu)化分析的依據(jù)如果用戶在同一次ANSYS運(yùn)行中執(zhí)行所有的優(yōu)化時(shí),這個(gè)過(guò)程是很順利的在一次執(zhí)行以后,簡(jiǎn)單的重新定義所有的優(yōu)化輸入,然后開始下一步分析用下列命令開始下一步分析: Command: OPEXE GUI: Main Menu>Design Opt>Run如果在執(zhí)行完一次優(yōu)化以后退出了ANSYS,可以用以后敘述的方法開始后續(xù)的分析重新開始執(zhí)行優(yōu)化分析要重新開始優(yōu)化分析,通過(guò)如下命令讀入優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)文件(Jobn

40、ame.OPT): Command: OPRESU GUI: Main Menu>Design Opt>Resume數(shù)據(jù)讀入后,指定優(yōu)化類型,控制等,然后開始循環(huán)(對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)庫(kù)的分析文件必須可用以完成優(yōu)化)用下列方法開始循環(huán): Command: OPEXE GUI: Main Menu>Design Opt>Run標(biāo)準(zhǔn)的重啟動(dòng)大致如下:./OPTOPRESU, . !讀入文件(缺省為Jobname.OPT)OPSEL,10 !選擇10個(gè)最佳設(shè)計(jì)OPTYPE, . !指定優(yōu)化工具或方法. !指定其他優(yōu)化輸入OPEXE !開始優(yōu)化循環(huán)請(qǐng)查閱/OPT,OPRESU,OPSEL

41、,OPTYPE和OPEXE命令以得到更詳細(xì)的說(shuō)明注除了優(yōu)化數(shù)據(jù),ANSYS工作文件名將存儲(chǔ)在優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)文件中(Jobname.OPT)因此,如果優(yōu)化數(shù)據(jù)文件被讀入,該文件名將覆蓋當(dāng)前的文件名/FILNAME在交互方式下可以用OPRESU命令(Main Menu>Design Opt>Resume)讀入批處理方式下生成的優(yōu)化數(shù)據(jù),這樣便于交互的查看批處理優(yōu)化的數(shù)據(jù)如果在讀入數(shù)據(jù)前優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)中有數(shù)據(jù)的話,應(yīng)當(dāng)首先清除優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)在這個(gè)過(guò)程中,所有的設(shè)置將恢復(fù)其缺省值,所有的設(shè)計(jì)序列將被刪除用下列方式清除數(shù)據(jù)庫(kù): Command: OPCLR GUI: Main Menu>Desig

42、n Opt>Clear&Reset因?yàn)锳NSYS數(shù)據(jù)庫(kù)是不受OPCLR命令影響的,所以在讀入一個(gè)新的優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)前應(yīng)該清除ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)用下列方法清除ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù): Command: /CLEAR GUI: Utility Menu>File>Clear&Start New與OPRESU命令相對(duì)應(yīng)的是OPSAVE命令(Main Menu>Design Opt>Save),其功能是將優(yōu)化數(shù)據(jù)寫入指定的文件中(缺省為Jobname.OPT)優(yōu)化數(shù)據(jù)在每次優(yōu)化循環(huán)結(jié)束的時(shí)候自動(dòng)存儲(chǔ)(見OPDATA命令),但用戶也可以隨時(shí)用OPSAVE命令存儲(chǔ)優(yōu)化數(shù)據(jù)

43、優(yōu)化技術(shù)理解計(jì)算機(jī)程序的算法總是很有用的,尤其是在優(yōu)化設(shè)計(jì)中在這一部分中,將提供對(duì)下列方法的說(shuō)明:零階方法,一階方法,隨機(jī)搜索法,等步長(zhǎng)搜索法,乘子計(jì)算法和最優(yōu)梯度法(更多的細(xì)節(jié)參見ANSYS Theory Reference 第20章)零階方法零階方法之所以稱為零階方法是由于它只用到因變量而不用到它的偏導(dǎo)數(shù)在零階方法中有兩個(gè)重要的概念:目標(biāo)函數(shù)和狀態(tài)變量的逼近方法,由約束的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換為非約束的優(yōu)化問(wèn)題逼近方法:本方法中,程序用曲線擬合來(lái)建立目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系這是通過(guò)用幾個(gè)設(shè)計(jì)變量序列計(jì)算目標(biāo)函數(shù)然后求得各數(shù)據(jù)點(diǎn)間最小平方實(shí)現(xiàn)的該結(jié)果曲線(或平面)叫做逼近每次優(yōu)化循環(huán)生成一個(gè)新的數(shù)

44、據(jù)點(diǎn),目標(biāo)函數(shù)就完成一次更新實(shí)際上是逼近被求解最小值而并非目標(biāo)函數(shù)狀態(tài)變量也是同樣處理的每個(gè)狀態(tài)變量都生成一個(gè)逼近并在每次循環(huán)后更新用戶可以控制優(yōu)化近似的逼近曲線可以指定線性擬合,平方擬合或平方差擬合缺省情況下,用平方差擬合目標(biāo)函數(shù),用平方擬合狀態(tài)變量用下列方法實(shí)現(xiàn)該控制功能: Command: OPEQN GUI: Main Menu>Design Opt>Method/ToolOPEQN同樣可以控制設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)在形成逼近時(shí)如何加權(quán);見ANSYS Theory Reference轉(zhuǎn)換為非約束問(wèn)題狀態(tài)變量和設(shè)計(jì)變量的數(shù)值范圍約束了設(shè)計(jì),優(yōu)化問(wèn)題就成為約束的優(yōu)化問(wèn)題ANSYS程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)

45、化為非約束問(wèn)題,因?yàn)楹笳叩淖钚』椒ū惹罢吒行兽D(zhuǎn)換是通過(guò)對(duì)目標(biāo)函數(shù)逼近加罰函數(shù)的方法計(jì)入所加約束的搜索非約束目標(biāo)函數(shù)的逼近是在每次迭代中用Sequential Unconstrained Minimization Technique(SUMT) 實(shí)現(xiàn)的收斂檢查在每次循環(huán)結(jié)束時(shí)都要進(jìn)行收斂檢查當(dāng)當(dāng)前的,前面的或最佳設(shè)計(jì)是合理的而且滿足下列條件之一時(shí),問(wèn)題就是收斂的:l 目標(biāo)函數(shù)值由最佳合理設(shè)計(jì)到當(dāng)前設(shè)計(jì)的變化應(yīng)小于目標(biāo)函數(shù)允差l 最后兩個(gè)設(shè)計(jì)之間的差值應(yīng)小于目標(biāo)函數(shù)允差l 從當(dāng)前設(shè)計(jì)到最佳合理設(shè)計(jì)所有設(shè)計(jì)變量的變化值應(yīng)小于各自的允差l 最后兩個(gè)設(shè)計(jì)所有設(shè)計(jì)變量的變化值應(yīng)小于各自的允差用下列方

46、法指定目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)變量允差: Command: OPVAR GUI: Main Menu>Design Opt>Design Variables Main Menu>Design Opt>Objective收斂并不代表實(shí)際的最小值已經(jīng)得到了,只說(shuō)明以上四個(gè)準(zhǔn)則之一滿足了因此,用戶必須確定當(dāng)前設(shè)計(jì)優(yōu)化的結(jié)果是否足夠如果不足的話,就要另外做附加的優(yōu)化分析有時(shí)候求解過(guò)程會(huì)在收斂前終止,這是因?yàn)榘l(fā)生下列情況之一:l 指定的循環(huán)次數(shù)達(dá)到了l 連續(xù)的不合理設(shè)計(jì)達(dá)到了指定的值(OPSUBP命令的NINFS域)缺省值為7零階方法的特殊問(wèn)題由于目標(biāo)函數(shù)和狀態(tài)變量都是使用逼近的,因此優(yōu)化

47、設(shè)計(jì)和逼近數(shù)值具有同樣的精確度下面給出了一些得到較好的逼近的建議l 對(duì)于零階方法,優(yōu)化處理器開始通過(guò)隨機(jī)搜索建立狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)的逼近由于是隨機(jī)搜索,收斂的速度可能很慢用戶有時(shí)可以通過(guò)給出多個(gè)合理的起始設(shè)計(jì)來(lái)加速收斂只簡(jiǎn)單的運(yùn)行一系列的隨機(jī)搜索并刪除所有不合理的設(shè)計(jì)用下列方法之一運(yùn)行隨機(jī)搜索: Command: OPTYPE,RAND GUI: Main Menu>Design Opt>method/Tool用下列方法刪除所有不合理設(shè)計(jì): Command: OPSEL GUI: Main Menu>Design Opt>Select/Delete也可以運(yùn)行多次單獨(dú)的循

48、環(huán),并在每次運(yùn)行前指定新的設(shè)計(jì)變量序列來(lái)生成起始設(shè)計(jì)序列用下列方法: Command: OPTYPE,RUN GUI: Main Menu>Design Opt>Method/Tool(如果對(duì)問(wèn)題的特性有些認(rèn)識(shí)的話,后一種方法更好些)注做一些小的設(shè)計(jì)分析將有利于收斂但如果設(shè)計(jì)之間差別不大,也就是說(shuō)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)“堆積”在一起時(shí),用戶就要指定優(yōu)化處理器沿一個(gè)指定的路徑分析,以避免丟掉好的設(shè)計(jì) 如果零階方法生成了許多不合理的設(shè)計(jì)的話,可能說(shuō)明狀態(tài)變量的近似不能良好的反映狀態(tài)變量的實(shí)際情況在這種情況下,可以處理如下:¨增加連續(xù)不合理設(shè)計(jì)的允許值,然后進(jìn)行附加的零階方法分析(如果合理

49、的設(shè)計(jì)好象要達(dá)到了)用下列方法: Command: OPSUBP,NINFS GUI: Main Menu>Design Opt>Method/Tool¨在連續(xù)的逼近中不斷的選擇最佳設(shè)計(jì),可以得到更好的曲線擬合用下列方法實(shí)現(xiàn): Command: OPSEL GUI: Main Menu>Design Opt>Select/Delete¨在狀態(tài)變量逼近時(shí)選擇交叉項(xiàng)用下列方法: Command: OPEQN,KFSV GUI: Main Menu>Design Opt>Method/Tool一階方法同零階方法一樣,一階方法通過(guò)對(duì)目標(biāo)函數(shù)添加罰

50、函數(shù)將問(wèn)題轉(zhuǎn)換為非約束的但是,與零階方法不同的是,一階方法將真實(shí)的有限元結(jié)果最小化,而不是對(duì)逼近數(shù)值進(jìn)行操作一階方法使用因變量對(duì)設(shè)計(jì)變量的偏導(dǎo)數(shù)在每次迭代中,梯度計(jì)算(用最大斜度法或共軛方向法)確定搜索方向,并用線搜索法對(duì)非約束問(wèn)題進(jìn)行最小化因此,每次迭代都有一系列的子迭代(其中包括搜索方向和梯度計(jì)算)組成這就使得一次優(yōu)化迭代有多次分析循環(huán)OPFRST命令(Main Menu>Design Opt>Method/Tool)有兩個(gè)輸入域可以用來(lái)改善一階方法的收斂用戶可以指定計(jì)算梯度的設(shè)計(jì)變量范圍變化程度,也可以指定線搜索步長(zhǎng)的范圍一般來(lái)說(shuō),這兩個(gè)輸入值的缺省數(shù)值就足夠了見ANSYS

51、Theory Reference收斂檢查一階方法在收斂或中斷時(shí)結(jié)束當(dāng)當(dāng)前的設(shè)計(jì)序列相對(duì)于前面的和最佳序列滿足下面任意一種情況時(shí),問(wèn)題就稱為收斂:l 目標(biāo)函數(shù)值由最佳合理設(shè)計(jì)到當(dāng)前設(shè)計(jì)的變化應(yīng)小于目標(biāo)函數(shù)允差l 從當(dāng)前設(shè)計(jì)到前面設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)的變化值應(yīng)小于允差同時(shí)要求最后的迭代使用最大斜度搜索,否則要進(jìn)行附加的迭代用下列方法指定目標(biāo)函數(shù)允差: Command: OPVAR GUI: Main Menu>Design Opt>Objective問(wèn)題在收斂之前可能中斷在用OPFRST命令NITR域指定的最大迭代次數(shù)達(dá)到的情況下出現(xiàn)一階方法的特殊情況與零階方法相比,一階方法計(jì)算量大且結(jié)果精確

52、但是,精確度高并不能保證最佳求解下面是一些注意點(diǎn):l 一階方法可能在不合理的設(shè)計(jì)序列上收斂這時(shí)可能是找到了一個(gè)局部最小值,或是不存在合理設(shè)計(jì)空間如果出現(xiàn)這種情況,可以使用零階方法,因其可以更好的研究整個(gè)設(shè)計(jì)空間也可以先運(yùn)行隨機(jī)搜索確定合理設(shè)計(jì)空間(如果存在的話),然后以合理設(shè)計(jì)序列為起點(diǎn)重新運(yùn)行一階方法l 一階方法更容易獲得局部最小值(見后面“局部和全局最小值”的說(shuō)明)這是因?yàn)橐浑A方法從設(shè)計(jì)空間的一個(gè)序列開始計(jì)算求解,如果起點(diǎn)很接近局部最小值的話,就會(huì)選擇該最小值而找不到全局最小值如果懷疑得到的是局部最小值,可以用零階方法或隨機(jī)搜索驗(yàn)證,如上所述l 目標(biāo)函數(shù)允差過(guò)緊將會(huì)引起迭代次數(shù)很多因?yàn)楸痉?/p>

53、法計(jì)算實(shí)際有限元解(而非逼近),在計(jì)算過(guò)程中會(huì)根據(jù)給定的允差盡量找到確切的結(jié)果隨機(jī)搜索法對(duì)于隨機(jī)搜索法OPTYPE,RAND,程序完成指定次數(shù)的分析循環(huán),并在每次循環(huán)中使用隨機(jī)搜索變量值用戶可以用OPRAND命令(Main Menu>Design Opt>Method/Tool)指定最大迭代次數(shù)和最大合理設(shè)計(jì)數(shù)如果給出了最大合理設(shè)計(jì)數(shù),在達(dá)到這個(gè)數(shù)值時(shí)循環(huán)將終止,而忽略最大迭代次數(shù)是否達(dá)到隨機(jī)搜索法往往作為零階方法的先期處理它也可以用來(lái)完成一些小的設(shè)計(jì)任務(wù)例如可以做一系列的隨機(jī)搜索,然后通過(guò)查看結(jié)果來(lái)判斷當(dāng)前設(shè)計(jì)空間是否合理等步長(zhǎng)搜索法等步長(zhǎng)搜索法OPTYPE,SWEEP用于在設(shè)計(jì)

54、空間內(nèi)完成掃描分析將生成n*NSPS個(gè)設(shè)計(jì)序列,n是設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù),NSPS是每個(gè)掃描中評(píng)估點(diǎn)的數(shù)目(由OPSWEEP命令指定)對(duì)于每個(gè)設(shè)計(jì)變量,變量范圍將劃分為NSPS-1個(gè)相等的步長(zhǎng),進(jìn)行NSPS次循環(huán)問(wèn)題的設(shè)計(jì)變量在每次循環(huán)中以步長(zhǎng)遞增,其他的設(shè)計(jì)變量保持其參考值不變?cè)O(shè)計(jì)序列中設(shè)計(jì)變量的參考值用OPSWEEP命令的Dset指定(Main Menu>Design Opt>Method/Tool)圖示和列表顯示等步長(zhǎng)搜索結(jié)果用下列方法圖示設(shè)計(jì)變量數(shù)值和響應(yīng)變量的數(shù)值關(guān)系: Command: OPLSW GUI: Main Menu>Design Opt>Tool Re

55、sults>Sweeps縱坐標(biāo)表示目標(biāo)函數(shù)或狀態(tài)變量的實(shí)際數(shù)值橫坐標(biāo)表示正交化(0到1)的設(shè)計(jì)變量,正交范圍為設(shè)計(jì)變量的最大最小值OPVAR用下列方法生成列表的結(jié)果: Command: OPRSW GUI: Main Menu>Design Opt>Tool Results>Print正交化的響應(yīng)數(shù)據(jù)值和正交化的設(shè)計(jì)變量值將列出目標(biāo)函數(shù)和狀態(tài)變量的結(jié)果與參考設(shè)計(jì)序列數(shù)值正交OPSWEEP,Dset對(duì)于設(shè)計(jì)變量,0相應(yīng)于最小值,1相應(yīng)于最大值乘子計(jì)算法本工具OPTYPE,FACT用二階技術(shù)生成設(shè)計(jì)空間上極值點(diǎn)上的設(shè)計(jì)序列數(shù)值(這個(gè)二階技術(shù)在每個(gè)設(shè)計(jì)變量的兩個(gè)極值點(diǎn)上取值)可以用OPFACT命令(Main Menu>Design Opt>Method/Tool