ansys形狀優(yōu)化的案例
CAESES與ANSYS耦合形狀優(yōu)化
在ANSYS中進(jìn)行形狀優(yōu)化
為了能夠在ANSYS Workbench中實(shí)現(xiàn)CAESES動(dòng)態(tài)變化，您需要在ANSYS Workbench中安裝CAESES的ANSYS APP（ACT擴(kuò)展）。并通過CAESES組件更新并下載“.fsc”文件。幾何模型輸出并加載到ANSYS Workbench中之后，會(huì)自動(dòng)使用在CAESES中選擇的文件格式。
在ANSYS Workbench中的CAESES組件更新后，其幾何設(shè)計(jì)變量會(huì)自動(dòng)顯示在參數(shù)設(shè)置中。之后，就可手動(dòng)或是通過優(yōu)化工具（ANSYS的內(nèi)置策略、optiSLang等）來改變這些變量參數(shù)設(shè)計(jì)得到新方案。
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展開 在ANSYS中以CAESES進(jìn)行形狀優(yōu)化
在最新推出的CAESES 4.3版本中，您可以在ANSYS Workbench中訪問并控制魯棒性良好的CAESES模型，從而實(shí)現(xiàn)仿真驅(qū)動(dòng)的形狀優(yōu)化。
FRIENDSHIP SYSTEMS 提供了一個(gè)CAESES和ANSYS之間的關(guān)聯(lián)程序，允許您在ANSYS Workbench用戶界面中導(dǎo)入CAESES幾何模型。只需幾下點(diǎn)擊操作，即可開展大工作量研究，比如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或常規(guī)優(yōu)化，也包括基于代理模型的高效優(yōu)化—一切都可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。
進(jìn)氣道優(yōu)化：如何得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案？
復(fù)雜幾何的優(yōu)化
如果您本來使用的就是ANSYS Workbench平臺(tái)，您可以不用學(xué)習(xí)新的東西，也無需進(jìn)行任何腳本編輯工作，僅僅用拖拽功能將模型添加至ANSYS Workbench中即可體驗(yàn)CAESES幾何模型的高效性和魯棒性。
這個(gè)集成面向來自任何軟件的任意幾何，比如CAESES用戶經(jīng)常會(huì)遇到的一些復(fù)雜幾何形狀，例如船體、螺旋槳、轉(zhuǎn)子和靜子葉片、管道、進(jìn)氣岐管、排氣系統(tǒng)、透平機(jī)械等等。
其中一個(gè)案例就是注塑機(jī)剪切頭參數(shù)化模型，傳統(tǒng)CAD工具通常無法在自動(dòng)化流程中重新設(shè)計(jì)得到這種復(fù)雜的完全參數(shù)化模型。
注塑機(jī)剪切頭幾何外形：用于自動(dòng)化研究的100%魯棒性的CAESES模型
CAESES的準(zhǔn)備工作
那么，這兩款軟件如何耦合連接呢？首先，您必須確保幾何模型已經(jīng)準(zhǔn)備好了，模型需要有一組設(shè)計(jì)變量來控制其形狀。通過CAESES的文件菜單導(dǎo)出一個(gè).fsc控制文件（文件>導(dǎo)出> FSC文件），這就是后面連接所需要的。
展開 基于optistruct的支架形狀優(yōu)化與自由形狀優(yōu)化 ￥30
本案例教程在于如何使用optistruct進(jìn)行支架的形狀優(yōu)化、自由形狀優(yōu)化。其中，涉及到的知識(shí)點(diǎn)有形狀優(yōu)化中形狀變量的創(chuàng)建；自由形狀優(yōu)化中形狀變量的創(chuàng)建、變形約束壁障的建立；如何在optistruct中進(jìn)行形狀優(yōu)化及自由形狀優(yōu)化。
自由形狀優(yōu)化結(jié)果
形狀優(yōu)化結(jié)果
具體操作部分見收費(fèi)內(nèi)容部分，相關(guān)模型及腳本文件見附件。凡購買本案例的朋友針對收費(fèi)內(nèi)容部分有疑問，可以一起交流。
展開 ABAQUS案例-ABAQUS中的形狀優(yōu)化模塊及渦輪軸的形狀優(yōu)化分析 ￥3
本案例（附件中的inp文件）講述了ABAQUS中的形狀優(yōu)化模塊，以渦輪軸的優(yōu)化分析為例演示了ABAQUS中優(yōu)化分析技巧及需要注意的問題。
ANSYS網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)——利用網(wǎng)格變形技術(shù)進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)形狀探索和優(yōu)化
優(yōu)化算法與計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD) 等計(jì)算工具相結(jié)合，能在設(shè)計(jì)探索中發(fā)揮重要作用。本次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)說明了如何針對空氣動(dòng)力學(xué)形狀優(yōu)化問題制定快速解決方案。在網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上，我們提出了用 ANSYS Workbench 作為框架、RBF 作為變形技術(shù)、 ANSYS Fluent 作為求解器且以 DesignXplorer 作為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工具部署的新方法。
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利用網(wǎng)格變形技術(shù)進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)形狀探索和優(yōu)化
【HyperWorks優(yōu)化實(shí)例向?qū)А恐杂?em>形狀優(yōu)化
新的一年已經(jīng)到來，今天給大家分享一個(gè)輕松一點(diǎn)的話題——自由形狀優(yōu)化。其余五種優(yōu)化類型今年會(huì)在“HyperWorks優(yōu)化實(shí)例向?qū)А睂ｎ}中一一為大家分享，歡迎持續(xù)關(guān)注“Altair澳汰爾”微信公眾號(hào)~
本文模型主要使用如下圖所示簡單模型：
大家可以先下載模型跟著教程一步一步操作體驗(yàn)。全文模型及操作視頻下載鏈接如下：
https://nas.altair.com.cn:5001/sharing/kPMjKGJXX
（建議在電腦端用chrome瀏覽器下載）
形狀優(yōu)化與自由形狀優(yōu)化
所謂自由形狀是和形狀優(yōu)化比較而言的，自由形狀優(yōu)化節(jié)點(diǎn)變形的形式更加自由。進(jìn)行形狀優(yōu)化的時(shí)候需要事先創(chuàng)建形狀變量，優(yōu)化算法的優(yōu)化對象就是每個(gè)形狀變量的系數(shù)。最終的優(yōu)化結(jié)果只能是原始網(wǎng)格位置與各個(gè)形狀的線性疊加。
拿下面這張圖來說，藍(lán)色內(nèi)圈是原始網(wǎng)格邊界，左圖外圈紅線是網(wǎng)格變形創(chuàng)建的形狀變量的最遠(yuǎn)處。如果形狀變量的范圍是 [0, 1]，那么最終優(yōu)化結(jié)果的網(wǎng)格位置只能是藍(lán)圈和紅圈之間某個(gè)位置的一個(gè)圓。自由形狀優(yōu)化的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以隨意運(yùn)動(dòng)。
打個(gè)比方，形狀優(yōu)化就像計(jì)劃經(jīng)濟(jì)，自由形狀優(yōu)化就像市場經(jīng)濟(jì)。
自由形狀優(yōu)化最常用的場景是解決應(yīng)力集中問題，當(dāng)然，也可以用于別的場合。
Altair OptiStruct? 自由形狀優(yōu)化算法：
classic 和 vertex morphing
Altair OptiStruct? 自由形狀優(yōu)化算法分 classic 和 vertex morphing 兩類，vertex morphing 方法自由度更大，但是計(jì)算量也會(huì)隨之大幅度增加，而且 vertex morphing 方法目前還是 beta 版本，使用時(shí)需謹(jǐn)慎。
對于2D單元：
classic 方法中的變量只能是自由邊上的節(jié)點(diǎn)。
展開 【HyperWorks優(yōu)化實(shí)例向?qū)А恐杂?em>形狀優(yōu)化
設(shè)置好的模型文件為：freeshape3D_ext_done.hm
03優(yōu)化結(jié)果
04優(yōu)化前的應(yīng)力
05優(yōu)化后的應(yīng)力
計(jì)劃和市場都是調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)的手段，計(jì)劃經(jīng)濟(jì)中可以有市場，形狀和自由形狀都是優(yōu)化的手段，自由形狀優(yōu)化和形狀優(yōu)化也是可以同時(shí)使用的。
同時(shí)創(chuàng)建形狀變量和自由形狀變量
比如下圖中的零件既希望改變厚度（單一厚度）又希望同時(shí)進(jìn)行變形形狀的優(yōu)化?？梢酝瑫r(shí)創(chuàng)建形狀變量和自由形狀變量。
01自由形狀變量的節(jié)點(diǎn)
02形狀變量
形狀變量僅僅是為了改變半徑件的厚度。形狀變量請參考：
03優(yōu)化控制選項(xiàng)
這個(gè)例子中的形狀變量使用了離散變量，使用默認(rèn)的優(yōu)化算法時(shí)形狀變量可能會(huì)不起作用，這時(shí)需要加一個(gè)優(yōu)化控制選項(xiàng)：
04優(yōu)化結(jié)果中由形狀變量導(dǎo)致的形狀改變
05優(yōu)化結(jié)果中由自由形狀變量導(dǎo)致的形狀改變
文章來源：Altair官方技術(shù)論壇
展開 完全掌握workbench結(jié)構(gòu)拓?fù)?em>優(yōu)化（形狀優(yōu)化） ￥5
微信 leslie_wj
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workbench結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以分為兩類：拓?fù)?em>優(yōu)化（形狀優(yōu)化）和參數(shù)優(yōu)化。
本文內(nèi)容：
workbench拓?fù)?em>優(yōu)化實(shí)例詳解
下文目錄：
一：建模
二：加載
三：拓?fù)?em>優(yōu)化
四：總結(jié)
結(jié)構(gòu)優(yōu)化：利用Hyperstudy實(shí)現(xiàn)盒子尺寸和形狀優(yōu)化，達(dá)到滿足強(qiáng)度要求 ￥15
結(jié)構(gòu)優(yōu)化：利用Hyperstudy實(shí)現(xiàn)盒子尺寸和形狀優(yōu)化，達(dá)到滿足強(qiáng)度要求
尺寸-形狀優(yōu)化案
尺寸-形狀優(yōu)化案例
優(yōu)化對象：高x寬x厚是200*100*5,截面是矩形管；
優(yōu)化變量：幾何高度，幾何寬度，板厚；
約束條件：矩形管整體應(yīng)力小于某一值；
優(yōu)化目標(biāo)：重量減輕。
1采用hypermorph功能設(shè)置形狀變量區(qū)域
進(jìn)入analysis-optimization面板，hypermorph功能。
選擇morph Volumes，對整個(gè)部件進(jìn)行形狀變形，選擇視圖中所有單元，其余選項(xiàng)默認(rèn)即可，create，效果如下圖：
2創(chuàng)建形狀變量
返回一級(jí)，進(jìn)入morph面板，設(shè)置形狀變量
進(jìn)入后，將界面設(shè)置如下，handle處選擇圖示8個(gè)紅點(diǎn)，沿著xyz方向縮放，默認(rèn)縮放因子為1，臂的規(guī)格（mm）高x寬x厚是200x100，高的范圍120到200之間，寬50到100，設(shè)置對應(yīng)方向的縮放因子，注意，先設(shè)置一個(gè)方向的變化，點(diǎn)擊右側(cè)morph。
之后左側(cè)切換為save shape，取個(gè)名稱，save之后，再點(diǎn)擊undo，回到上一步，重新設(shè)置另一個(gè)方向的變化。
給你的文件中設(shè)置了3個(gè)shape，先用shape1是先變形至最小狀態(tài)，然后2,3才是真正的形狀變量，擴(kuò)大了上限。
3創(chuàng)建厚度變量
analysis-optimization-size，創(chuàng)建厚度變量，2mm-5mm
切換左側(cè)至第二項(xiàng)，做如下關(guān)聯(lián)：prop選擇對應(yīng)的厚度屬性?？梢酝ㄟ^review查看已關(guān)聯(lián)的狀態(tài)。
展開 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋的快速形狀及拓?fù)?em>優(yōu)化
此外，客戶希望同時(shí)進(jìn)行形狀優(yōu)化和拓?fù)?em>優(yōu)化，以提高材料利用率。同時(shí)，可以針對缸體上的筋作進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和拓?fù)?em>優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力總成的剛度和彎曲模態(tài)的優(yōu)化方案。
解決方案
由于時(shí)間至關(guān)重要，DEP團(tuán)隊(duì)采用了“極簡設(shè)計(jì)方法”應(yīng)用于該項(xiàng)目。極簡設(shè)計(jì)方法包括將設(shè)計(jì)更改盡可能減少，同時(shí)需要驗(yàn)證工藝制造可行性。
形狀優(yōu)化：
形狀優(yōu)化包括以下步驟：
對初始輸入模型進(jìn)行NVH，疲勞分析；
利用Meshworks建立參數(shù)化模型，獲取最優(yōu)的重量以及和初始方案一致的性能；
經(jīng)過和制造團(tuán)隊(duì)的討論，得到可行的設(shè)計(jì)修改空間；例如，合理的壁厚，翻邊厚度，筋的厚度，凸臺(tái)高度等；
將參數(shù)化的變量值修改為合理范圍，以達(dá)到所有的目標(biāo)值；
所有的分析如下：
缸體疲勞分析；
缸孔變形分析；
NVH分析 – 動(dòng)力總成彎曲模態(tài)，偏移，以及附件加速度和噪聲分析。
拓?fù)?em>優(yōu)化
用MeshWorks快捷的在缸體上直接增加筋或刪除筋，以及創(chuàng)建包絡(luò)拓?fù)淇臻g
CAD-Morpher
可以依據(jù)網(wǎng)格的變形結(jié)果，將原始CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行100%的變形，這個(gè)結(jié)果是可以直接導(dǎo)出為CAD軟件可識(shí)別的格式，例如parasolid格式。
結(jié)果
重量降低10%，同時(shí)各項(xiàng)性能指標(biāo)全部滿足設(shè)計(jì)要求。
展開 
基于hyperstudy的曲柄形狀優(yōu)化
本案例重點(diǎn)在于介紹如何在hyperstudy中完成研究對象的形狀優(yōu)化。在optistruct中提前創(chuàng)建好分析，也就是說模型可以直接提交進(jìn)行分析計(jì)算，創(chuàng)建形狀變量。在hyperstudy中創(chuàng)建各類響應(yīng)，位移響應(yīng)，最大應(yīng)力響應(yīng)，體積響應(yīng)，分別進(jìn)行DOE分析、響應(yīng)面擬合、形狀優(yōu)化。
曲柄靜力學(xué)分析結(jié)果
DOE分析結(jié)果：
最大應(yīng)力對各變量的線性效應(yīng)
節(jié)點(diǎn)位移對各變量的線性效應(yīng)
體積對各變量的線性效應(yīng)
優(yōu)化結(jié)果：
maxstress迭代曲線
節(jié)點(diǎn)位移迭代曲線
體積迭代曲線
第50次迭代優(yōu)化后的結(jié)果：
展開 水泵葉片形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)
參數(shù)（葉片的內(nèi)外側(cè)高度，內(nèi)外側(cè)的半徑），使得水泵的總壓比最大。采用拉丁方采樣方法，利用MOGA和RSM響應(yīng)面法得到滿意的優(yōu)解。
ANSA-TOSCA環(huán)境下的形狀優(yōu)化
A N S A-TOSCA環(huán)境下的形狀優(yōu)化
對比Tosca GUI，ANSA-TOSCA環(huán)境中的幾何信息幫助用戶定義優(yōu)化任務(wù)，例如交互式組選擇定義和其他操作。ANSA-TOSCA環(huán)境中進(jìn)行優(yōu)化其流程為：使用Tosca ansa環(huán)境啟動(dòng)，并在Tosca ansa環(huán)境中使用初始有限元模型和定義優(yōu)化任務(wù)。優(yōu)化結(jié)果創(chuàng)建后處理模型或者驗(yàn)證模型。處理后的優(yōu)化結(jié)果可以保存為適當(dāng)?shù)腃AD格式。
本文為大家簡單介紹在ANSA-TOSCA環(huán)境下，進(jìn)行SHAPE優(yōu)化的算例。以便大家了解ANSA-TOSCA環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。
在確認(rèn)安裝無誤的情況下，啟動(dòng)ansa_tosca64.bat。接下來就是形狀優(yōu)化（shape），整體的流程與使用TOSCA-GUI是基本相同的。
第二步：定義優(yōu)化類型和求解器。
第三步：加載模型文件，可以在此點(diǎn)擊右鍵，進(jìn)行文件類型的編輯，圖中選擇的是ABAQUS求解器。
第四步：定義設(shè)計(jì)區(qū)域，指定對那些node、element進(jìn)行優(yōu)化。此處運(yùn)用了交互式組選擇定義。
第五步：定義平滑區(qū)域，指定需要平滑處理的單元。同第四步ANSA-TOSCA特有功能。
第六步：定義約束
第七步：定義目標(biāo)函數(shù)
第八步：定義優(yōu)化任務(wù)
從上面可以看到，ANSA-TOSCA環(huán)境下模型導(dǎo)入、可視化、交互式操作、優(yōu)化設(shè)置等比起TOSCA-GUI要清楚的多，而且更加快捷。
展開 形狀優(yōu)化種類對比
形狀優(yōu)化一般分為基于幾何參數(shù)的形狀優(yōu)化、基于形狀基礎(chǔ)向量的形狀優(yōu)化、非參數(shù)形狀優(yōu)化三種。基于幾何參數(shù)的形狀優(yōu)化幾何參數(shù)的修改和CAD幾何相關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)變量為半徑、長度、角度等參數(shù)，且每次迭代后需要重新劃分網(wǎng)格，其優(yōu)化結(jié)果依賴于設(shè)計(jì)變量的選擇數(shù)；基于形狀基礎(chǔ)向量的形狀優(yōu)化，有限元模型參數(shù)使用基礎(chǔ)形狀，需要優(yōu)化系統(tǒng)找出用戶定義基礎(chǔ)形狀的最優(yōu)組合；而非參數(shù)形狀優(yōu)化需要每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以從臨近節(jié)點(diǎn)處獨(dú)自移動(dòng)，網(wǎng)格平滑算法確保網(wǎng)格質(zhì)量，沒必要使用敏度分析，優(yōu)化可以使用標(biāo)準(zhǔn)的有限元求解器。
基于幾何參數(shù)的形狀優(yōu)化示意圖及流程見圖1、圖2：
其對設(shè)計(jì)變量選擇性的依賴性可以從下述實(shí)例中看出：
基于形狀基礎(chǔ)向量的形狀優(yōu)化的示意圖及流程如圖4、圖5所示：
下以一實(shí)例圖6來說明參數(shù)形狀優(yōu)化：
非參數(shù)形狀優(yōu)化示意圖及流程如圖7、圖8所示：
下以一實(shí)例圖9來說明非參數(shù)形狀優(yōu)化：
從以上可以看出，使用非參數(shù)形狀優(yōu)化，對于設(shè)計(jì)變量有較低限制，效率高；而使用基于基于幾何參數(shù)的形狀優(yōu)化、基于形狀基礎(chǔ)向量的形狀優(yōu)化對設(shè)計(jì)變量有較高限制，且效率不高。如下圖10所示：
使用基于TOSCA軟件的參數(shù)優(yōu)化，可以得到更好的優(yōu)化結(jié)果，應(yīng)力幅大幅降低，迭代次數(shù)更少，如下圖11所示：
形狀優(yōu)化種類對比.pdf
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