ansys自由尺寸優化
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
ansys自由尺寸優化的視頻教程
ANSYS workbench復現開孔平板應力集中現象并進行尺寸優化設計
本課程主要包括以下方面： 01 背景介紹 02 相關資料介紹 03 ABAQUS 有限元方法復現 04 有限元方法優化設計Workbench 參數優化 05 總結 購買課程后可下載課件。
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ansys自由尺寸優化的實例教程
拓撲優化：拓撲優化是一種在設計中尋找最佳材料分布的方法。
它通過改變材料在結構中的分布，以最小化結構的質量（或體積分數）并滿足特定的性能要求。在汽車輕量化中，拓撲優化可以用來確定哪些部分需要加強，哪些部分可以減輕以降低整體重量，同時保持結構的強度和剛度。
形狀優化：形狀優化關注的是在給定的幾何形狀內，調整結構的形狀以優化性能。這可能涉及到改變零部件的曲率、截面形狀或其他幾何參數。在汽車輕量化中，形狀優化可以用來改進零部件的空氣動力性能、減少空氣阻力或改善碰撞安全性。
形貌優化：形貌優化通常與曲面設計相關，它著重于調整曲面的形狀以滿足特定的外觀、空氣動力性能或其他要求。在汽車設計中，形貌優化可以用來打造更具吸引力的外觀，同時確保空氣動力學效率。
自由尺寸優化：自由尺寸優化是一種更靈活的方法，它允許在優化過程中改變零部件的尺寸和形狀，而不受固定的幾何約束。這種方法通常需要高級的優化算法來找到最佳解決方案。在汽車輕量化中，自由尺寸優化可以用來創造創新的設計，以滿足復雜的性能目標。
尺寸優化：尺寸優化涉及到優化零部件的尺寸（厚度），以滿足性能要求。這可以包括增加或減小零部件的尺寸，以改善強度、剛度、耐久性等方面的性能。在汽車輕量化中，尺寸優化可以幫助設計更輕、更緊湊的零部件。
拓撲優化通常是優化的第一個階段，因為它確定了結構中哪些部分需要被優化。形狀優化通常在拓撲優化之后進行。拓撲優化確定了哪些區域需要被優化，而形狀優化則在這些區域內進行形狀的調整。形貌優化通常是在形狀優化之后進行的。
形狀優化確定了結構的內部幾何形狀，而形貌優化則在這個基礎上進行外部形貌的調整。尺寸優化可以在拓撲優化和形狀優化這兩個階段之間或之后進行。自由尺寸優化可以在其他優化方法可以在優化過程中的任何時候進行。
展開 因此本次優化作品對某汽車B柱外板進行自由尺寸優化。
B柱靜力學分析
B柱的作用除了起支撐外，還主要承受汽車側面的碰撞保護行人的安全，因此對B柱的抗彎性進行分析極為重要。本作品以固支梁的形式，如圖1所示，兩端固定，在B柱外板中間施加1200N 的均布載荷，進行分析再對其進行優化。
圖1 受力模型
B柱外板總厚度為2.4mm，一共鋪設8層CFRP，每層后0.3mm，鋪層角度順序為[0°/90°/45°/-45°]2，如圖2所示，CFRP 的材料屬性見圖3。
圖2 鋪層設置
圖3 材料屬性
求解得到圖4的位移云圖，發現最大位移再邊緣處為3.142mm。
圖4 位移云圖
2.優化設計
本作品以質量最小為優化目標，約束條件為最大位移為3mm，對復合材料鋪層厚度進行優化。在optimization界面里free size里設計變量，設置最小成員尺寸為5mm，設置每層的厚度為最小為0.2mm，每層百分比范圍在10%~60%之間，±45°層設置對稱平衡設置，如圖5所示。圖6、7為約束和目標的設置。
展開 接著，我們將進行微顯示器的優化和人眼追跡系統的嵌入。在這些過程中，我們還不會對參數式自由曲面的光學表面進行校正。
注意，為了簡化設計我們忽略了光學系統中的透視（see-through）結構，并且只以單一波長的入射光進行優化。
此外，一開始的光學表面優化是以顯示器系統的成像為目標，而忽略了人眼追跡系統的表現。因此在優化結果的呈現上，F/3 NIR光學系統會有不錯的影像質量，但NIR人眼追跡系統則不然。我們可以在下方的MTF圖中看到以完整FOV取樣的結果，以及NIR人眼追跡系統中所有視場的像散。后者的平均像散約為1.4個波，并在整個FOV具有1.42個波的RMS平均波前誤差。
為了得到各系統較平衡的結果，我們可以重新對三個自由曲面進行優化。但要注意的是，任何增進NIR人眼追跡系統影像質量的改變，都將對顯示器系統的成像造成負面的影響。此時，改以TrueFreeForm面進行設計便成了一個更好的選項。如果用戶想在不犧牲顯示器成像質量的情況下改善人眼追跡系統，可以由S3 （即棱鏡最上方的面）的子孔徑優化著手。
定義網格矢高變數
注意，在下圖中我們可以看到NIR光束在S3上產生成像路徑的光跡（footprint， 綠色區域）和微顯示器上的光線（藍色區域）是明顯分離的。
當TrueFreeForm面S3的擴展多項式已根據微顯示器系統完成優化，我們接著將網格矢高的信息填入表面矢高的設定中（默認值皆為0）。此時，只剩下S3上接收NIR光束（人眼追跡系統）的區域需被重新優化。需要注意的是，在優化的過程中由微顯示器發出、落在S3上的光束所產生的光跡不會受到影響。此外在原先的設計中，與視場無關的像散為主要的像差。因此我們可以使用較低階的表面輪廓修正明顯的改善成像質量。
展開 主題：關于Workbench下構件尺寸的優化設計
工作環境：
1.應用軟件：Ansys Workbench 9.0 SP1
2.操作系統：WinXP SP2
3.硬件配置：P4 2.8G, DDR 2G, IDE HD 80G
研究目的:簡單起見，研究圓截面懸臂梁在自由端受Y方向作用力時，截面半徑和梁跨度對最大位移（端面）的影響，并且在截面積盡量小，梁跨度盡量大的情況下優化尺寸。
研究流程：
1. DM 下建立幾何模型：
生成一直徑為10mm跨度為50mm的圓截面梁，并且勾上半徑和跨度前面的參數框，此時會要求填寫參數名稱，將參數標志DS加到新命字中(我設的是DS_D1和DS_FD1)。
2. DS下首先在幾何模型的CAD Parameters中選上DS_D1, DS_FD1;然后設置材料性質(我用默認參數_Structual Steel)，劃分網格(默認)，在一端施加位移約束，在一端施加大小為100N的力,方向為Y負方向。在Solution模塊中，選擇Deformation->Directery Deformation, 方向選擇為Y軸，并且勾上Max Deformation項。最后添加Parameter Item->arameter Manger,其中Parameter Manger分為上下兩欄，上欄為勾選的參量名字，下欄為當前情況下，各參量的值(Max Deformation還未算出，故為空)，可以通過添加新行來設置各種參數組合(我的設置DS_D1為9，10，11；DS_FD1為40，50，60即9種情況組合)，全部選中，Solve，此時相當于求解9次模型，有點費時間：( 此時得到的是最后一種情況下的計算結果。
3. 進入DesighXplorer，進行參數優化。
展開 特別聲明：本次優化是基于ANSYS 經典 Design OPT 模塊，在ANSYS14.0版本以后，該模塊已經被移植到WB中。所以要完成本文類似的過程，需要安裝14.0以下的版本。
溫馨提示：如果電腦上有安裝14.0以上的版本，在安裝其他版本時（限11.0~13.0），直接安裝產品本身即可，無需卸載了再重新安裝舊版本，也無需重新安裝證書，高版本的證書支持低版本。
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特別聲明：本次優化是基于ANSYS 經典 Design OPT 模塊，在ANSYS14.0版本以后，該模塊已經被移植到WB中。所以要完成本文類似的過程，需要安裝14.0以下的版本。
溫馨提示：如果電腦上有安裝14.0以上的版本，在安裝其他版本時（限11.0~13.0），直接安裝產品本身即可，無需卸載了再重新安裝舊版本，也無需重新安裝證書，高版本的證書支持低版本。
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