CAE辦法的優(yōu)化技術(shù)解析-CAE論文-CAE應(yīng)用案件的例子-有限元剖析案件的例子論文-計(jì)算機(jī)摹擬仿真算例

1、CAE辦法的優(yōu)化技術(shù)解析-CAE論文_CAE應(yīng)用案件的例子_有限元剖析案件的例子論文_計(jì)算機(jī)摹擬仿真算例1 ABAQUS 相關(guān)閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓(xùn) 一、 前言 一天比一天緊張的市場(chǎng)竟?fàn)幰咽构I(yè)產(chǎn)品的預(yù)設(shè)與出產(chǎn)廠家越來(lái)越明白地認(rèn)識(shí)到：能比另外的人更快地推出優(yōu)秀的新產(chǎn)品，就能占據(jù)更多的市場(chǎng)。為此，CAE辦法作為能縮減產(chǎn)品研發(fā)周期的得力工具，被越來(lái)越次數(shù)多地引入了產(chǎn)品的預(yù)設(shè)與出產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，以增長(zhǎng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。 從對(duì)已預(yù)設(shè)產(chǎn)品質(zhì)性格能的簡(jiǎn)單校核，逐層進(jìn)展到對(duì)產(chǎn)品質(zhì)性格能的正確預(yù)先推測(cè)，再到產(chǎn)品辦公過(guò)程的非常準(zhǔn)確摹擬，要

2、得許多人對(duì)CAE辦法飽含信任。不過(guò)，增長(zhǎng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力不惟需求增長(zhǎng)產(chǎn)品的性能與品質(zhì)，并且要降產(chǎn)量低品的成本，因?yàn)檫@個(gè)許多人需求找到最合理和最經(jīng)濟(jì)的預(yù)設(shè)方案。固然剖析擔(dān)任職務(wù)的人可以不厭煩其煩地在熒幕前一次次改正預(yù)設(shè)參變量以尋覓最理想方案，但縮減研發(fā)周期的壓力一般要求分秒必爭(zhēng)，許多人有可能沒有更多的時(shí)間對(duì)數(shù)值參變量施行手工調(diào)試。最優(yōu)化技術(shù)引2 ABAQUS 相關(guān)閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓(xùn)入CAE辦法使許多人從多而重的湊短期工作中解脫出來(lái)，同時(shí)CAE也達(dá)到一個(gè)新高度。二、 優(yōu)化辦法與CAE 在保障產(chǎn)品達(dá)到某些性能目的并滿意一定

3、約束條件的前提下，經(jīng)過(guò)變更 某些準(zhǔn)許變更的預(yù)設(shè)變量，使產(chǎn)品的指標(biāo)或性能達(dá)到最希望的目的，就是優(yōu)化辦法。例如，在保障結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)度滿意要求的前提下，經(jīng)過(guò)變更某些預(yù)設(shè)變量，使結(jié)構(gòu)的重量最輕，這不惟要得結(jié)構(gòu)耗材上獲得了節(jié)約，在運(yùn)送安裝方面也供給了便捷，減低運(yùn)送成本。再如變更電器設(shè)施各發(fā)熱器件的安裝位置，使設(shè)施箱體內(nèi)里溫度峰值降到最低，是一個(gè)典型的天然對(duì)流散熱問題的優(yōu)化實(shí)際的例子。在實(shí)際預(yù)設(shè)與出產(chǎn)中，大致相似這么的實(shí)際的例子不勝窮舉。 優(yōu)化作為一種算術(shù)辦法，一般是利用對(duì)解析函數(shù)求極值的辦法來(lái)達(dá)到征求最優(yōu)值的目標(biāo)?；跀?shù)字剖析技術(shù)的CAE辦法，顯然沒可能對(duì)我們的目的獲得一個(gè)解析函數(shù)，CAE計(jì)算所3 ABAQ

4、US 相關(guān)閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓(xùn)求得的最后結(jié)果只是一個(gè)數(shù)字。不過(guò)，樣條插值技術(shù)又使CAE中的優(yōu)化變成有可能，多個(gè)數(shù)字點(diǎn)可以利用插值技術(shù)形成一條蟬聯(lián)的可用函數(shù)表現(xiàn)的曲線或球面，這么便回到達(dá)算術(shù)意義上的極值優(yōu)化技術(shù)上來(lái)。樣條插值辦法當(dāng)然是種近似辦法，一般沒可能獲得目的函數(shù)的正確球面，但利用上次計(jì)算的最后結(jié)果再次插值獲得一個(gè)新的球面，相鄰兩次獲得的球面的距離會(huì)越來(lái)越近，當(dāng)他們的距離小到一定程度時(shí)，可以覺得此時(shí)的球面可以代表目的球面。那末，該球面的最小值，便可以覺得是目的最優(yōu)值。以上就是CAE辦法中的優(yōu)化處置過(guò)程。一個(gè)典型

5、的CAE優(yōu)化過(guò)程一般需求通過(guò)以下的步驟來(lái)完成：參變量化建模：利用CAE軟件的參變量化建模功能把即將參加優(yōu)化的數(shù)值（預(yù)設(shè)變量）定義為板型參變量，為往后軟件修正板型供給有可能。 求解：對(duì)結(jié)構(gòu)的參變量化板型施行加載與求解 后處置：把狀況變4 ABAQUS 相關(guān)閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓(xùn)量（約束條件）和目的函數(shù)（優(yōu)化目的）提出取得出來(lái)供優(yōu)化處置器施行優(yōu)化參變量名聲。 優(yōu)化參變量名聲：優(yōu)化處置器依據(jù)本次循環(huán)供給的優(yōu)化參變量（預(yù)設(shè)變量、狀況變量及目的函數(shù)）與上次循環(huán)供給的優(yōu)化參變量作比較在這以后確認(rèn)該次循環(huán)目的函數(shù)是否達(dá)到達(dá)最小，

6、還是說(shuō)結(jié)構(gòu)是否達(dá)到達(dá)最優(yōu)，假如最優(yōu)，完成迭代，退出優(yōu)化循環(huán)圈，否則，施行下步。 依據(jù)已完成的優(yōu)化循環(huán)和現(xiàn)時(shí)優(yōu)化變量的狀況修正預(yù)設(shè)變量，從新投入循環(huán)。三、 CAE辦法中優(yōu)化技術(shù)的獨(dú)特的地方 從以上的過(guò)程我們也許已經(jīng)看見CAE優(yōu)化過(guò)程的某些基本特點(diǎn)標(biāo)志，如計(jì)算板型的參變量化、迭代過(guò)程的半自動(dòng)性等。但作為優(yōu)化技術(shù)與CAE辦法的完美接合的產(chǎn)物，CAE優(yōu)化辦法定然有比之更浩博的獨(dú)特的地方。首先，現(xiàn)代CAE技術(shù)的進(jìn)展已使許多人的剖析領(lǐng)域擴(kuò)展到達(dá)各行各業(yè)的每個(gè)角落，所研討問題的深度及綜5 ABAQUS 相關(guān)閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓(xùn)

7、合程度都在逐層增長(zhǎng)，研討者的視線已從純一場(chǎng)剖析轉(zhuǎn)向了多場(chǎng)耦合剖析，以尋求更為真實(shí)的摹擬最后結(jié)果。CAE軟件的優(yōu)化技術(shù)的適合范圍也定然隨之?dāng)U展，不惟要求它能解決各種單場(chǎng)問題，并且應(yīng)當(dāng)小聰明理多場(chǎng)耦合過(guò)程的優(yōu)化。交通工具、潛水艇、飛機(jī)等設(shè)施預(yù)設(shè)過(guò)程中等會(huì)思索問題優(yōu)化其外形使更有幫助于在高速行走時(shí)減損流體阻力，而同時(shí)不可少慮外形的改變是否有損于設(shè)施的其他如力學(xué)和熱學(xué)方面的性能?？梢娞煺娴牧黧w動(dòng)力學(xué)優(yōu)化只能解決一方面問題，而只有將其內(nèi)里設(shè)施的力學(xué)或熱學(xué)問題耦合剖析，能力真正完整的解決問題。其次，一個(gè)優(yōu)化迭代過(guò)程一般是以前處置著手，通過(guò)建模、分網(wǎng)、加載、求解和后處置，而優(yōu)化問題一般需求較多的迭代能力收斂

8、。因?yàn)檫@個(gè)，軟件具備一統(tǒng)的數(shù)值庫(kù)是高效的CAE優(yōu)化過(guò)程的前題，這種一統(tǒng)指的是前后處置數(shù)值與求解所用的數(shù)值應(yīng)當(dāng)在同一個(gè)數(shù)值6 ABAQUS 相關(guān)閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓(xùn)庫(kù)中，而不是通清點(diǎn)數(shù)目據(jù)文件來(lái)傳交，這必然減低優(yōu)化過(guò)程的速率。額外，大多數(shù)經(jīng)過(guò)文件來(lái)傳交數(shù)值的軟件的前處置與求解器之間并不絕對(duì)支持，前處置的數(shù)值文件往往在投入求解器之前需求手工改正。這與優(yōu)化過(guò)程的半自動(dòng)性是相反感的。這種事情狀況一但發(fā)生并且不可以回避時(shí)，要不讓步，要不再為數(shù)值文件編織半自動(dòng)改正手續(xù)。第三，優(yōu)化過(guò)程其實(shí)是一個(gè)不斷半自動(dòng)修正設(shè)計(jì)參變量的過(guò)程，

9、所以要想保障優(yōu)化過(guò)程的流暢，CAE軟件務(wù)必具備完善高效的參變量流程扼制技術(shù)。流程扼制過(guò)程中，不惟要求即將優(yōu)化的設(shè)統(tǒng)計(jì)據(jù)可以參變量化，并且要求這種流程扼制具備判斷分支與循環(huán)的有經(jīng)驗(yàn)以使軟件可以半自動(dòng)對(duì)付大型問題在優(yōu)化過(guò)程中顯露出來(lái)的各種復(fù)雜事情狀況。第四，高精密度網(wǎng)格是成功的有限元剖析的關(guān)鍵因素之一。一個(gè)令人滿意的CAE軟件要想美好地處置優(yōu)化過(guò)程，特別是式樣優(yōu)化問7 ABAQUS 相關(guān)閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓(xùn)題，必備智能的網(wǎng)格區(qū)分清楚器，以解決板型在式樣參變量變動(dòng)猛烈時(shí)顯露出來(lái)的網(wǎng)格奇化問題。 第五，現(xiàn)代的CAE軟件一

10、般具有也應(yīng)該具有非線性處置有經(jīng)驗(yàn)，而非線性問題的收斂扼制曾令無(wú)數(shù)英雄竟折腰。一般增長(zhǎng)非線性問題收斂性的手眼應(yīng)視具體事情狀況表決，而對(duì)于一個(gè)非線性問題的優(yōu)化過(guò)程，往往會(huì)因五花八門的因素而影響收斂。但優(yōu)化過(guò)程是手續(xù)半自動(dòng)扼制迭代的，人不可以過(guò)多參加，因?yàn)檫@個(gè)，非線性收斂的智能扼制技術(shù)對(duì)非線性優(yōu)化問題是不可以或缺的。談起非線性，許多人或許會(huì)想起一種被稱作顯式積分的求解技術(shù)。這種技術(shù)一般被用來(lái)求解高速變型和高度非線性問題，與常用于求解靜態(tài)或慢速動(dòng)力學(xué)問題的隱式求解技術(shù)互補(bǔ)優(yōu)缺，相受益彰。大多數(shù)的問題我們可以只挑選合宜的一種來(lái)求解，但并不是全部 的問題都可以這么迥然分開，譬如沖壓及回彈過(guò)程摹擬，一般認(rèn)為

11、合適而使用顯式形8 ABAQUS 相關(guān)閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓(xùn)式摹擬沖壓過(guò)程，認(rèn)為合適而使用隱式形式摹擬回彈過(guò)程，那末在這處就定然有一個(gè)顯式到隱式的切換過(guò)程。假如只是天真摹擬這兩個(gè)過(guò)程，這種切換手工完成亦無(wú)不可以，但對(duì)于人不因過(guò)多參加的優(yōu)化過(guò)程，這種切換假如不可以半自動(dòng)施行，那末這類問題的優(yōu)化剖析基本不可以完成。 當(dāng)軟件應(yīng)用水準(zhǔn)到了一定高度往后，許多人有可能會(huì)想到試驗(yàn)一種合作優(yōu)化的形式，就是說(shuō)，同一辦公組的多個(gè)聯(lián)網(wǎng)的辦公機(jī)并肩來(lái)優(yōu)化同一個(gè)問題。一般同一個(gè)辦公組中各個(gè)辦公機(jī)的型號(hào)品牌甚至于操作系統(tǒng)都有可能不一樣，那末不

12、一樣平臺(tái)的數(shù)值庫(kù)的不兼容問題有可能會(huì)使這么一個(gè)發(fā)明性的試驗(yàn)變成落空的事情。當(dāng)然，不是全部軟件都存在這個(gè)問題，當(dāng)今一個(gè)流行的CAE軟件ANSYS在這個(gè)問題上技?jí)焊鞣N美麗芳草，加上她的一點(diǎn)其他獨(dú)特的地方，使她變成到現(xiàn)在為止話題中值當(dāng)一提的角色。 ANSYS是一個(gè)結(jié)集構(gòu)、9 ABAQUS 相關(guān)閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓(xùn)熱、電磁、流體剖析有經(jīng)驗(yàn)于一身的CAE軟件，可以施行多場(chǎng)耦合剖析；她具備較堅(jiān)強(qiáng)雄厚的前后處置有經(jīng)驗(yàn)，特別在智能網(wǎng)格區(qū)分清楚器上有卓然獨(dú)特的地方；她具備較強(qiáng)的顯式或隱式非線性求解有經(jīng)驗(yàn)，并且顯式、隱式可以恣意半自

13、動(dòng)切換；非線性的收斂扼制具備智能化，對(duì)于大部分?jǐn)?shù)工程問題不需人工過(guò)問便能完成非線性問題的收斂；她還有一個(gè)被其用戶崇尚“無(wú)所不可以”的參變量化預(yù)設(shè)語(yǔ)言APDL，該語(yǔ)言具備參變量、算術(shù)函數(shù)、宏（子過(guò)程）、判斷分支及循環(huán)等高級(jí)語(yǔ)言要素，是一個(gè)理想的手續(xù)流程扼制語(yǔ)言；她的前后處置及求解數(shù)值庫(kù)的一統(tǒng)性及不一樣平臺(tái)數(shù)值庫(kù)兼容的獨(dú)特的地方使她很適應(yīng)于施行高級(jí)的優(yōu)化剖析。四、 一個(gè)CAE優(yōu)化的例子 二灘電站的水輪泵組是到現(xiàn)在為止截止我國(guó)所認(rèn)為合適而使用的單機(jī)容積最大機(jī)組，蝸殼直徑達(dá)20米。它由兩局部組成：一小批是由兩個(gè)圓環(huán)板和10 ABAQUS 相關(guān)閱讀/html/cae_train/20130306/75.

14、html proe mechanica培訓(xùn)20個(gè)固定導(dǎo)葉燒焊而成的座環(huán)結(jié)構(gòu)，它構(gòu)成了殼體局部的支架；另一小批是由25段圓錐筒首尾燒焊而成的殼體結(jié)構(gòu)。每段圓錐筒直徑不一樣，厚度也不一樣，同時(shí)各段并不是完整的圓錐筒，而是沿軸向切去一小批，保存局部的軸向直邊沿周向燒焊在上下環(huán)板的某位置，該位置的挑選對(duì)整個(gè)兒蝸殼內(nèi)部策應(yīng)力散布起著關(guān)鍵性的效用。假如此位置挑選得好，可使蝸殼內(nèi)部策應(yīng)力散布趨于平均，減低整個(gè)兒結(jié)構(gòu)中的最大應(yīng)力，這么可以在一定程度上減損蝸殼殼體及座環(huán)上下環(huán)板的厚度，以達(dá)到減損其大小或重量因此減損材料、加工、運(yùn)送及安裝成本的目標(biāo)。所以，本剖析的目標(biāo)是：在保障流道水利工程特別的性質(zhì)和整個(gè)兒結(jié)構(gòu)的

15、最大應(yīng)力不超過(guò)允許應(yīng)力（廠家供給的整個(gè)兒結(jié)構(gòu)最大不應(yīng)超過(guò)的等效應(yīng)力值160MPa）的前提下，挑選殼體與上下座環(huán)的燒焊位置以及座環(huán)環(huán)板和殼體材料的厚度，使整個(gè)兒結(jié)構(gòu)的重量最輕。 蝸11 ABAQUS 相關(guān)閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechanica培訓(xùn)殼地下結(jié)構(gòu)式樣 該問題的可優(yōu)化參變量（共18個(gè)）為13個(gè)殼體厚度、1個(gè)環(huán)板厚度、4個(gè)焊結(jié)位置（其它位置為該四點(diǎn)的線性插值），是一個(gè)預(yù)設(shè)變量很多的流固耦合優(yōu)化問題，同時(shí)需求思索問題流道的水利工程特別的性質(zhì)，即流道剖面平面或物體表面的大小不能減小。建模過(guò)程充分利用了ANSYS的參變量化建模功能，使用APDL語(yǔ)言樹立了本問題的參變量化板型。利用SHELL63（殼單元）剖分了環(huán)板及殼壁，利用SOLID45剖分了導(dǎo)葉，流體板型認(rèn)為合適而使用Fluid142單元剖分。 本問題優(yōu)化的目的函數(shù)是結(jié)構(gòu)總大小，經(jīng)過(guò)對(duì)優(yōu)化前后的數(shù)值比較發(fā)覺結(jié)構(gòu)的總大小給予優(yōu)待化前的56.84減低到52.26，減低量是原預(yù)設(shè)的8。 額外，優(yōu)化后殼壁水壓趨于平而光滑，結(jié)構(gòu)內(nèi)部策應(yīng)力散布趨于平均。五、 進(jìn)展中的CAE優(yōu)化辦法 隨著CAE技術(shù)的進(jìn)展，CAE中的優(yōu)12 ABAQUS 相關(guān)閱讀/html/cae_train/20130306/75.html proe mechan