ansys尺寸優化的案例
在Ansys Workbench環境中對構件的尺寸優化設計
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 基于ANSYS APDL的某輸電塔塔架 結構尺寸優化設計
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。
近年來，電力行業的快速發展推動了輸電線路鐵塔行業的發展。輸電線路鐵塔，按其形狀一般分為：酒杯型、貓頭型、上字型、干字型和桶型五種。本案例以一桶型輸電塔塔架為例，對其進行尺寸優化分析，簡要介紹采用ANSYS Design OPT進行優化分析的一般步驟。
某塔架塔高51m，底部開間23.16m，頂部開間8m，結構主材采用Q420、Q345和Q235三種角鋼，鋼材材料密度取 7850 kg/m3,彈性模量取205GPa。采用link180單元模擬各個桿件，各個桿件的截面面積通過實常數的方式進行賦值，結構底部固結。
展開 淺析結構優化方法：拓撲、形狀、形貌、自由尺寸、尺寸
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 基于 MIST 方法提出了點陣結構的尺寸優化算法（用于制造增材優化等課題） ￥800
本文工作中，在對點陣結構進行優化設計時，應用到了一種文獻中提到的方法移動閾值切面法（MIST 方法），基于 MIST 方法提出了點陣結構的尺寸優化算法。因此，本小節對 MIST 方法作簡要介紹。MIST 方法是仝立勇教授等在 2014 年提出的一種新的拓撲優化方法。MIST 方法通過定義一種目標函數的近似響應函數來判斷設計變量的更新方向（變大或變小）而不強調不同變量之間更新步長的差異。已經證明，對于一系列結構設計，MIST 方法可以在無需顯式靈敏度分析的條件下生成結構的最優拓撲。此外，該算法易于實現，并且可以與商業有限元軟件結合而無需對軟件源代碼進行任何修改。本小節后續部分將對 MIST 方法的具體過程作詳細介紹。
MIST 方法是一種新提出的拓撲優化方法，通常用來解決公式（3. 1）所示的優化問題。MIST 方法的目標是尋求變量 x 和 t 的合適值使得目標函數（例如整體結構應變能）的響應值最小。MIST 方法的核心思想是在設計域上張起一張積分形式響應函數（應力、應變等的函數）的響應面，然后用一個可移動的水平面去切割目標函數響應面，水平上方的區域為實體材料區域，水平面下方的區域為孔洞材料區域，兩個面的交界輪廓就演變成了拓撲結構的邊界。水平平面對應的目標值 t 取決于體積約束，如果當前迭代步的實體材料過多則增加 t 的數值使水平面向上移動，反之則降低 t 的數值使水平面向下移動，t 在每一步迭代步中的具體數值可以通過二分法等方式計算得到。與 SIMP 方法中的密度類似，MIST 方法定義了一種體積權重值來描述材料種類，體積權重為 1 表示實體材料，提及權重為 0 表示孔洞材料。
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結構優化：利用Hyperstudy實現盒子尺寸和形狀優化，達到滿足強度要求 ￥15
結構優化：利用Hyperstudy實現盒子尺寸和形狀優化，達到滿足強度要求
基于OptiStruct的飛機登機門橫梁結構拓撲優化和尺寸優化研究
基于OptiStruct的飛機登機門橫梁結構拓撲優化和尺寸優化研究.pdf
CPK在尺寸鏈計算優化中的應用
重慶誠智鵬科技自主研發的尺寸鏈計算及公差分析軟件則可以對零件Cpk值和裝配體Cpk值同時進行快速計算。軟件提供的加工數據導入和統計功能可以對企業的實際加工測量數據進行統計分析，得到的零件的Cpk數據和制造能力分布狀態。企業可以根據統計分析結果及制程能力要求來對零件生產工藝進行優化。
圖2：零件加工數據統計分析結果
該軟件可以基于蒙特卡洛算法進行公差仿真分析，可以快速計算出裝配體閉環的Cpk值、合格率、分布狀態等。其中Cpk數據可以給我們的公差優化提供方向，例如：CPK值較小，可能是Ca值過大導致，此時說明閉環的統計中心與理論中心偏差較大，我們需要結合組成環的增減性調整組成環的公差帶位置來進行優化；也可能是Cp值太低導致，此時說明閉環統計結果太分散，可以對傳遞系數較大的公差重點控制。CPK值較大，一般是Cp值過大導致，此時說明閉環統計結果太集中，可以對傳遞系數較小的公差適當放松。
圖3：裝配體公差仿真分析結果
公司愿景：讓設計的靈感能被制造、讓制造的能力融入您的設計
公司使命：做“客戶說好才是真的好”的產品
公司價值觀：認同/激情、開拓/勤奮、責任/誠信、主動/快速、團隊/學習
展開 尺寸-形狀優化案
尺寸-形狀優化案例
優化對象：高x寬x厚是200*100*5,截面是矩形管；
優化變量：幾何高度，幾何寬度，板厚；
約束條件：矩形管整體應力小于某一值；
優化目標：重量減輕。
1采用hypermorph功能設置形狀變量區域
進入analysis-optimization面板，hypermorph功能。
選擇morph Volumes，對整個部件進行形狀變形，選擇視圖中所有單元，其余選項默認即可，create，效果如下圖：
2創建形狀變量
返回一級，進入morph面板，設置形狀變量
進入后，將界面設置如下，handle處選擇圖示8個紅點，沿著xyz方向縮放，默認縮放因子為1，臂的規格（mm）高x寬x厚是200x100，高的范圍120到200之間，寬50到100，設置對應方向的縮放因子，注意，先設置一個方向的變化，點擊右側morph。
之后左側切換為save shape，取個名稱，save之后，再點擊undo，回到上一步，重新設置另一個方向的變化。
給你的文件中設置了3個shape，先用shape1是先變形至最小狀態，然后2,3才是真正的形狀變量，擴大了上限。
3創建厚度變量
analysis-optimization-size，創建厚度變量，2mm-5mm
切換左側至第二項，做如下關聯：prop選擇對應的厚度屬性。可以通過review查看已關聯的狀態。
展開 基于HyperWorks的自動雨棚尺寸優化分析
因此，為了設計出能夠滿足目標的雨棚，需要對其結構進行加強，通過尺寸優化可以滿足目標。
控制條件：材料強度極限，取安全系數1.4。
約束條件：鋼管壁厚：2～6mm；
曲桿厚度：6～20mm；
篷布厚度：1～5mm。
目標：總質量最小。
雨棚尺寸優化結果如圖5所示：
圖5 雨棚優化結果
由圖5可以看出，為了使雨棚滿足12級臺風及冰雹載荷，鋼管壁厚須達到5.3mm，曲桿厚度須達到6.0mm，篷布厚度須達到4.0mm。
雨棚尺寸優化位移及應力云圖如圖6所示：
圖6 雨棚尺寸優化位移及應力云圖
由圖6可以看出，篷布、曲桿模組、金屬部件等均低于其材料拉伸強度，滿足目標要求。
HyperWorks中的尺寸優化不僅可以實現輕量化目標，同時可以使產品滿足功能指標。
文章來源：CAE愛聯盟
展開 基于OptiStruct的電池包殼體尺寸優化
在OptiStruct中進行電池包殼體尺寸優化，需結合參數化建模、載荷工況定義、約束設置和優化目標，實現輕量化與結構性能的平衡。以下是詳細流程和關鍵要點：
一、優化流程
1. 前處理：參數化建模
· 設計變量：將殼體關鍵區域厚度設為變量。
· 非設計區域：固定螺栓孔、密封面等區域厚度。
電池包殼體尺寸優化設計空間與非設計區域顯示如圖1所示，藍色為非設計區域，紅色為設計區域：
圖1 設計區域與非設計區域
2. 載荷工況定：義定義約束模態邊界條件：
①模態求解卡片設置：計算前10階非剛體模態
②電池重量：將電芯質量以集中質量點（CONM2）施加于殼體內部連接點。
③邊界條件：約束安裝點所有自由度（SPC）。
模態計算模型如圖2所示：
圖2 模態計算工況
3. 響應設置（Responses），定義模型全局響應：定義電池包殼體質量響應和第一階頻率響應
①質量響應（MASS）
②一階扭轉模態頻率（FREQ）
圖3 定義質量響應和一階頻率響應
約束條件：
①定義優化約束條件，本案例以質量≤4.5kg為約束條件，具體設置方法如圖4所示：
圖4 質量約束建立
②定義制造工藝約束，按照60°拔模角度進行約束，具體設置方法如圖5所示：
圖5 制造工藝約束條件
5. 優化目標：本例以第一階模態最大為優化目標，進行設計區域進行尺寸優化
6. 控制參數，在opti control里面進行優化控制參數設置：
①優化算法：自適應響應面法（ARSM）或梯度優化。
②收斂精度：相對變化<1%~2%或最大迭代50步。
二、關鍵優化策略
1.
展開 Workbench尺寸優化研究箱體發熱體散熱
“ 利用Workbench尺寸優化功能與SCDM腳本參數化功能尋找最優發熱體散熱對應的尺寸間隔”
01
—
研究背景
在一個箱體內，放置兩層圓柱發熱體，發熱體尺寸為直徑32mm，高度65mm，初始圓柱體間距為，出入口直徑為40mm，如圖右所示。
圓柱體發熱量為200000W/m3，入口質量流量為0.03kg/s，入口溫度為300K；
現研究一定尺寸范圍內，出入口尺寸，圓柱體橫向與縱向間距，對最高溫度、平均溫度和進出口壓降的影響，同時找出三者最小值對應的幾何尺寸。
02
—
搭建計算流程
在Workbench里面將SCDM的參數幾何導入到Fluent meshing進行網格剖分；采用自動網格劃分流程劃分網格，然后導入到Fluent里面設置邊界條件，輸出參數化結果，包括發熱體平均溫度tavg，最高溫度tmax，及進出口壓降。
展開 
ISIGHT——ABAQUS聯合實現尺寸優化 ￥5
模型工況如下：
在模型結果中提取最大MISES應力作為優化變量
在優化分析中，可很方便的對材料參數進行修改，而涉及尺寸優化時，需要借助外部建模軟件或根據ABAQUS的py腳本實現參數化建模（簡單模型），本例幾何問題簡單，故選用第二種方法，設計變量為矩形截面四角點的坐標和拉伸長度。
ISIGHT模型由 simcode 組件和Optimization模塊組成，其中，simcode運行py程序，輸出最大MISES應力，Optimization模塊選擇優化算法、設計變量范圍、指定變量約束和優化目標，本例中的具體參數選擇如下：
由于模型僅做演示用，所以分析時僅考慮了H和point_x的變化，在設定的取值范圍內得到幾組實驗的最大應力如下（隨意取的某一種搜索算法）：
PS：
在變量定義階段，要注意變量的類型（整型，實數等）;
將py腳本集合在 .bat中，模型調試時可用交互命令 abaqus cae script=***.py ，檢查數據的傳遞是否合理，無誤后采用 abaqus cae noGUI=***.py 直接運行查看優化結果。
展開 comsol聯合matlab電容器尺寸優化 ￥50
1.最小二乘法
基于OptiStruct的電機機座尺寸優化
電機機座尺寸優化中面網格模型如圖5所示：
圖5 電機機座尺寸優化中面網格模型
本次尺寸優化的部件如圖6所示：
圖6 電機機座尺寸優化部件
各個優化部件的尺寸及上下限值如表1所示，單位為mm。
材料屈服強度為235MPa，取安全系數為1.5，則最大應力上限值Max stress=157MPa。整體最大位移Max displacement=1.0mm。第一階頻率>54Hz。
首先，定義設計變量，并關聯其厚度屬性，如圖7所示：
圖7 設計變量，并關聯其厚度屬性
優化后的模態、剛度、強度如圖11所示：
圖11 優化后的模態、剛度、強度云圖
由圖11可知，優化的結果滿足目標要求。
優化的料厚分布如圖12所示：
圖12 優化后的料厚分布
迭代目標圖，如圖13所示：
圖13 迭代目標圖
由圖13可知，總質量由1.279t減至0.668t，重量降低47.8%。
采用尺寸優化可最大限度的得到產品料厚分布最優化，重量最輕。
尺寸優化還可以定義相關部件料厚一致等，本文分析沒有考慮厚度尺寸的離散化，因此得到的料厚保留了3為小數，這在實際加工過程中是不允許的，因此，后續優化須考慮厚度尺寸的離散化，增量為0.1mm，保證產品的可制造性。
展開 基于HyperWorks的自動雨棚尺寸優化分析
因此，為了設計出能夠滿足目標的雨棚，需要對其結構進行加強，通過尺寸優化可以滿足目標。
控制條件：材料強度極限，取安全系數1.4。
約束條件：鋼管壁厚：2～6mm；
曲桿厚度：6～20mm；
篷布厚度：1～5mm。
目標：總質量最小。
雨棚尺寸優化結果如圖5所示：
圖5 雨棚優化結果
由圖5可以看出，為了使雨棚滿足12級臺風及冰雹載荷，鋼管壁厚須達到5.3mm，曲桿厚度須達到6.0mm，篷布厚度須達到4.0mm。
雨棚尺寸優化位移及應力云圖如圖6所示：
圖6 雨棚尺寸優化位移及應力云圖
由圖6可以看出，篷布、曲桿模組、金屬部件等均低于其材料拉伸強度，滿足目標要求。
HyperWorks中的尺寸優化不僅可以實現輕量化目標，同時可以使產品滿足功能指標。
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