Design Exploration（設計探索）是ANSYS Workbench中一個產品性能快速優化的工具，它功能強大。方便易用的多目標優化和穩健性設計模塊，可以幫助設計人在產品設計和使用之前確定那些不確定因素對產品性能的影響，而且能最大限度地提高產品的性能。

1.問題描述

如圖的典型筒體開孔接管模型，筒體的半徑R1為1000mm，壁厚T1為20mm，開孔的半徑R2為500mm，壁厚T2為20mm，內外側的過渡圓角N均為25mm，施加內壓1MPa。

對以上參數全部參數化，試求各參數與最大等效應力之間的關系。

筒體開孔接管模型

2.載荷約束

取四分之一模型分析，劃分全六面體的網格模擬，總共16203個節點、2919個單元，最大偏度為0.58，平均偏度為0.2。

對稱面上施加無摩擦約束，為了消除剛體位移，在模型某一節點約束了Y向位移。筒體截面及接管截面上承受均布拉應力的平衡載荷。同時內表面施加1MPa的內壓。

得到該模型的最大等效應力值，位于過渡圓角處。

最大等效應力云圖

3.參數化設置

接下來把參數全部參數化。輸入的參數有P1~P9共9個，除了與模型相關的6個外，還有三個分別為P5內壓載荷，以及P3筒體截面平衡載荷和P4接管截面平衡載荷；輸出的參數則一個，P6最大等效應力。

參數化列表

值得注意的是截面等效載荷（即P3跟P4）是壁厚T、半徑R及內壓Pi的函數，需要在Expression中輸入公式。

筒體截面平衡載荷P3的參數化設置

接管截面平衡載荷P4的參數化設置

進入Design of Experiment，設置各個參數的數值范圍，P1和P2的范圍設置為20~50，P5為1~2，P7為800~12000，P8為300~600，N為15~35。

Design of Experiment界面

P1參數的數值范圍

點擊左上角的預覽Preview得到設計點，然后Update更新所有的設計點。

預覽、更新按鈕

進入Response Surface并更新，在Response Points查看感興趣的參數的響應圖、敏感度圖及蛛網圖。

過渡圓半徑與最大等效應力的響應圖

筒體壁厚、接管壁厚與最大等效應力的響應圖

筒體半徑、接管半徑與最大等效應力的響應圖

筒體半徑、筒體壁厚與最大等效應力的響應圖

接管半徑、接管半徑與最大等效應力的響應圖

4.優化設計

進入Optimization，在Table窗口指定優化評定準則，在此限定最大等效應力P6的最大值為300MPa，查看輸入參數的最優值。

指定優化評定準則

更新后在Candidate Points得到三個較好的候選設計點如下圖所示，可看出當筒體壁厚P1取22.577mm，接管壁厚P2取33.911mm，內壓P5取1.2991MPa，筒體半徑取834.59mm，接管半徑取572.16mm，過渡圓半徑取22.665mm時，最大等效應力P6為299.96MPa與目標值300MPa最接近。

候選設計點

同理，可以只設置輸入參數P2接管壁厚和P8接管半徑參數化，其他輸入參數不勾選保持不變，再把優化評定準則設置為P2最小，P8最大，且P6最大值為300MPa，查看該準則下的優化結果。

Optimization界面

指定優化評定準則

候選設計點

從上圖可以，在該優化評定準則下，P2接管壁厚最小為20.698mm時，P8接管半徑為472.03mm；P8接管半徑最大為538.24mm時，P2接管壁厚為27.823mm；這本身就是矛盾的組合，折中的組合Candidate Point 2為P2接管壁厚為24.343mm，P8接管半徑為510.7mm；感興趣的讀者可以添加路徑用應力線性化的評定來做優化分析。

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