有限元分析-結(jié)構(gòu)培訓(xùn)8.ansys設(shè)計(jì)優(yōu)化作業(yè)08dx ws1n

作業(yè)CFX-Mechanical優(yōu)DesignXplorerinANSYSWB12 鐵塊的InletT=400KU=0.5m/s1.5

InletT=300Kto350OperatingLimitof=1.0m/sto2.5PressurePressure目標(biāo)通過(guò)弧形進(jìn)口對(duì)鐵塊噴射一股熱流和冷流。目標(biāo)是為了優(yōu)化Inlet（進(jìn)口半徑）velocities（速度）Temperatures（溫度）【流動(dòng)輸入?yún)?shù)】，從而最小化最大ThermalStress（熱應(yīng)力）和Deformation（變形）【ANSYS力學(xué)參數(shù)】并使鐵塊的TemperatureSpread（溫度耗散）最小【CFX參數(shù)】鐵塊上的熱噴在WB-12中指定問(wèn)啟動(dòng)啟動(dòng)ANSYSWorkbench在Schematic 兩個(gè)(DM組件系后瀏覽選擇文件Geometry選擇ImportGeometry然右鍵選擇Edit，對(duì)componentA的幾何進(jìn)行編輯【見(jiàn)下一個(gè)幻燈片】FlowDuctGeometry中設(shè)置參展展開(kāi)Plane5，Plane7，Plane11并推薦將inletRadiiDesignParameters（設(shè)計(jì)參數(shù)）確定ParameterManager里正確定義了所有的DesignParameters（設(shè)計(jì)參點(diǎn)擊關(guān)閉幾何參從FlowDuct從FlowDuct幾何模型得到的幾何參在SolidCentralBlock何模型上沒(méi)得到幾何參?一?一FluidFlow(CFX)系左鍵點(diǎn)擊ComponentA的Geometry并將其拖放CellC3FluidDuct的幾何模型就被放進(jìn)了CFX的網(wǎng)格劃分工具CFX分析系統(tǒng)：自動(dòng)重命名組ProjectProjectSchematic中，重命名組件。CFXComponent變成了刪除了CFXGeometry在CFXMeshCell點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選Edit來(lái)啟動(dòng)網(wǎng)格劃分工具?物理選擇：CFD（）?物理選擇：CFD（）求解選擇：相關(guān)性?一個(gè)BodySize0.4在Mesh點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選GenerateMesh，執(zhí)行網(wǎng)格劃建立4個(gè)命名集hotinlet:Low-XCircularcoldinlet:High-ZCircularoutlet:High-XCircular立方網(wǎng)格劃FlowFileSaveProject保存項(xiàng)返回到Project（項(xiàng)目）頁(yè)，在ComponentB的Mesh子塊MeshingModule（網(wǎng)劃分模塊CFX步在ComponentB的Setup上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵啟CFX-Pre獨(dú)立窗口啟動(dòng)運(yùn)行CFX-在Setup點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇Edit來(lái)啟動(dòng)CFX-Pre獨(dú)立窗細(xì)節(jié)Material（材料）：Airat25穩(wěn)流，K-Epsilon定義4CEL表達(dá)式hotinletvel 1.0coldinletvel 1.75hotinlettemp=coldinlettemp=InletHot（進(jìn)熱口）：InitialVelocityhotinletvel,T=hotinlettemp,TurbulenceIntensity（中等湍流強(qiáng)度InletCold（進(jìn)冷口）：InitialVelocity=coldinletvel,T=coldinlettemp,TurbulenceIntensity（中等湍流強(qiáng)度PressureOut（壓力輸出）0【Pa】相對(duì)靜水壓強(qiáng)（RelativeStaticCentralBlock（中心塊）：絕熱{請(qǐng)注意這個(gè)是一個(gè)模糊定義。正確的過(guò)程將CFX中求得一個(gè)完整的CHT解，并將溫度傳入給ANSYS。而在模擬時(shí)，在CFX中墻看做是絕熱的，然后計(jì)算它上面的溫度分布并把溫度傳遞給ANSYS。}SolverControl（求解控制）：時(shí)間量程控制：自動(dòng)時(shí)間量程，100個(gè)迭代次數(shù)建議把InletVelocities和TemperaturesDX輸入變 這4個(gè)CEL表達(dá)式，然后選擇UseasWorkbenchInput注意，此時(shí)的projectpage包含了一個(gè)ParameterSet欄，它里面包CFX分析中DX參保存項(xiàng)目文運(yùn)行按如下設(shè)置進(jìn)口速度和溫度后運(yùn)行hotinletvel=1.0coldinletvel=1.75hotinlettemp=coldinlettemp=在在Solution擇Update，運(yùn)行CentralBlock溫CFD輸出參從Schematic從SchematicBCell5中打開(kāi)CFDCFDPOST中建立一個(gè)表達(dá)式tempspread=maxVal(T)@CentralBlockminVal(T)@CentralBlock并將其作為保存項(xiàng)SteadyStateThermal ysis（穩(wěn)態(tài)熱分析系在Schematic 一Steady-State（ANSYS）分析系穩(wěn)態(tài)熱分析步左鍵點(diǎn)擊ComponentC的Geometry將其拖放到CellD4。即CentralBlock的幾何模型傳到SST(ANSYS)分析系統(tǒng)中。左鍵點(diǎn)擊ComponentB的Solution(CFX)將其拖放到CellD4。即CentralBlock的流動(dòng)熱負(fù)荷傳到SST(ANSYS分析系重命名在ProjectSchematic中的組件，SST(ANSYS)變成了ComponentC刪除了SST(ANSYSGeometry子模保存項(xiàng) 在ComponentC中的Setupandclick，選擇Edit穩(wěn)態(tài)熱分析步(b)選擇它來(lái)將CentralBlock上(a)點(diǎn)擊選擇在Centralblock上導(dǎo)入CFX分析得到的centralblock的所有CFD在MECHANICAL中保存項(xiàng)目并返回到ProjectPage（項(xiàng)目頁(yè)靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析組在Steady-StateThermalANSYSSolution上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇TransfertoNew后單擊StaticStructural(ANSYS)StaticStructural(ANSYS)在MECHANICAL中將作為一個(gè)獨(dú)立的環(huán)Schematic的完整頁(yè)靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析步環(huán)境環(huán)境2中的Body從環(huán)境1中的熱靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析步Low-ZLow-Zsurface作為EquivalentStressEquivalentStress（等效應(yīng)力）和Total（整體變形）作為求解分析設(shè)置MECHANICAL中的輸出參輸出參數(shù)就是 的響應(yīng)參數(shù)EquivalentStress【在DetailsBox中選 umTotalDeformation【在DetailsBox中選 um推薦將最大等效應(yīng)力和最大整體變形作為DX輸出參Schematic的完整頁(yè)P(yáng)arameterSetOutlineofallParameters。見(jiàn)下個(gè)幻燈查看參數(shù)設(shè)3CFX參數(shù)數(shù)目：MECHANICAL（力學(xué)的）2CFX：1響應(yīng)面建模和優(yōu)ResponseSurface（響應(yīng)面）基于輸入?yún)?shù)數(shù)目，需要一個(gè)給定數(shù)目的解（設(shè)計(jì)點(diǎn)）來(lái)建立一個(gè)響應(yīng)面一個(gè)DesignofExperiments或DOE方法決定了多少設(shè)計(jì)點(diǎn)和哪些設(shè)計(jì)點(diǎn)需求解一旦所需求解完成，基于結(jié)果的響應(yīng)面就能擬合出來(lái)了 沒(méi)有“硬”（“hard”solution）存在比起為離散的參數(shù)集賦值，ResponseSurface出值參數(shù)變將對(duì)DUCT做的確定性分析的參數(shù)變化如下Hotinlet_Radius=0.45mto0.55Coldinlet_Radius=0.45mto0.55Outlet_Radius=0.45mto0.55 =0.5m/sto1.5 =400Kto =1.0m/sto2.5 =300Kto一般不需要指定每個(gè)參數(shù)會(huì)使用多少個(gè)點(diǎn)。DOE法將提供有用的點(diǎn)。然，用戶(hù)可以使用 的設(shè)計(jì)點(diǎn)來(lái)更好地?cái)M合響應(yīng)曲面。在一個(gè)高非線性題中，建議按增加設(shè)計(jì)點(diǎn)數(shù)。同樣，在分析結(jié)束后，能夠給出對(duì)應(yīng)7個(gè)輸入?yún)?shù)（最大值和最小值之間中任意值的輸出參數(shù)的一個(gè)評(píng)估建立響應(yīng)面的步返回到schematics頁(yè)，并從DesignExplorationToolbox 雙擊DesignofExperiments為輸入?yún)?shù)設(shè)置邊點(diǎn)擊此在這里改變邊DOE方式和設(shè)計(jì)點(diǎn)數(shù)ResponseSurfaceResponseSurface響應(yīng)面評(píng)在ResponseSurface上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇UpdateWB將啟動(dòng)對(duì)需要80結(jié)在ResponseSurface上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵查看響應(yīng)面的細(xì)OutlineoftheResponsesurface中，可以看ResponsePoints文夾和它下面一個(gè)默認(rèn)的Responsepoint（通常是設(shè)計(jì)空間的中心用如下三種方式來(lái)評(píng)價(jià)響應(yīng)Spiderchart（蜘蛛圖）：在一個(gè)簡(jiǎn)圖上檢測(cè)所有輸出參數(shù)的值和變Localsensitivity（局部靈敏度）：檢測(cè)響應(yīng)點(diǎn)附近的每個(gè)參數(shù)的分Response（響應(yīng)）：2D或3D圖形反映了對(duì)應(yīng)一個(gè)或兩個(gè)輸入?yún)⑤敵鰠?shù)的變響應(yīng)圖：二維曲ResponsePoint選擇ChartMode（圖形模式）：inletcoldvelocityvelocity-1)的變化曲線在“Properties”窗口底部的游標(biāo)可以改圖中沒(méi)用到的輸入?yún)?shù)的值響應(yīng)圖：二維曲umStressVariationwithCold最大應(yīng)力伴隨冷流速度的變響應(yīng)圖：二維曲umDeformationwithHotJet最大變形伴隨熱流溫度的變響應(yīng)圖：二維曲umStressVariationwith最大應(yīng)力伴隨出口半徑的變響應(yīng)圖：二維曲TemperatureSpreadwithOutlet溫度耗散與出口半徑的關(guān)響應(yīng)圖：曲面ResponseResponsePoint選擇ChartMode（圖形模式）：選擇合適的X，Y和Z軸變量?！驹谙乱豁?yè)中查tempspread的變化在“屬性”窗口底部的游標(biāo)可以改變非設(shè)計(jì)點(diǎn)的響應(yīng)圖：曲面VariationofMaxStressVariationofMaxStresswithHotandColdJetRadii最大應(yīng)力伴隨冷、流噴口半徑的變?cè)诿嫔弦苿?dòng)鼠標(biāo)查看X，YZ響應(yīng)圖：曲面VariationofMaxDeformationVariationofMaxDeformationwithHotandColdJetTemperatures最大變形伴隨冷、熱噴流度的變使使用鼠標(biāo)鍵旋轉(zhuǎn)或放大圖在面上移動(dòng)鼠標(biāo)查看X，YZ的實(shí)際響應(yīng)圖：曲面VariationVariationofMaxDeformationwithColdJetradiusandhotjetvelocity最大變形伴隨冷噴口半徑和熱噴口速度的變響應(yīng)圖：局部靈敏Responsepoint，然后選擇“Sensitivity”圖此圖可以顯示為條狀圖或餅狀圖，它給出了對(duì)應(yīng)響應(yīng)點(diǎn)附近的輸入?yún)?shù)的每個(gè)輸出參數(shù)的局部靈敏度。響應(yīng)圖：局部靈敏度示所有輸出參數(shù)所有輸出參數(shù)對(duì)熱噴口的速度和溫度都很敏冷噴口的半徑對(duì)最大變形和最大應(yīng)力都沒(méi)有影響最小/最大搜在schematics中 min/maxsearch（最小/最大搜索）系統(tǒng)，將其拖放到responsesurface子模塊。在Min-MaxSearch點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇最小/最大值提供了在設(shè)計(jì)中所期待的表現(xiàn)的首個(gè)跡象表格表明在tempspread（溫度耗散），MaxStress（最大應(yīng)）和MaxTotalDeformation（最大整體變形）有一個(gè)很大的變化范改變響應(yīng)面類(lèi)型（為了得到更好的擬合圖選選擇ResponseType：目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)D分析結(jié)果可以按前面所示用圖形顯示。圖形結(jié)構(gòu)允許用戶(hù)可視化與特定參數(shù)組合相關(guān)的變化。為了查詢(xún)最佳位置的響應(yīng)面，應(yīng)用了DX中的GoalDrivenOptimization工。GoalDrivenOptimizationApproach中指定了輸入和輸出參數(shù)的需求指定了參數(shù)的重生成了一組樣本設(shè)選擇了一個(gè)最合優(yōu)化：找到輸入?yún)?shù)的最佳選將將toolbox中的一個(gè)GoalDrivenOptimization系統(tǒng)拖放到responsesurface建立目在Optimization上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇在表格中設(shè)置優(yōu)最小 umStess（最大應(yīng)力）并將其重要性設(shè)為最小化Tempspread（溫度耗散）并將其重要性設(shè)為最小 umDeformation（最大變形）并將其重要性設(shè)為“Higher在特性中選擇“Screening”（篩選）作為1000建立目候選設(shè)在schematics在schematics中選擇Optimization，并點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇Update，或則從項(xiàng)目頁(yè)主菜單中選Update三個(gè)候選設(shè)計(jì)現(xiàn)在被標(biāo)記了星號(hào)等級(jí)（星號(hào)越多越好在1000個(gè)樣本點(diǎn)中，候選項(xiàng)A是本例中的最好選tempspread（溫度耗散）達(dá)到了62.31K，MaxStress（最大應(yīng)力）1.3011E+09Pa和MaxDeformation（最大變形）2.6mm樣給權(quán)衡tradeOff圖（權(quán)衡圖）goaldrivenoptimization（目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化）outlineofOptimization中選擇Trade-off，然后X軸設(shè)為EquivalentStressMax（效應(yīng)力）（Y軸應(yīng)該是Total um（最大整體變形權(quán)衡顏色顯示了與顏色顯示了與既定設(shè)計(jì)目標(biāo)的匹配程度，藍(lán)的表示好，紅的表示圖形提供了關(guān)于輸出參數(shù)的大量信息，通過(guò)此圖，很明顯1.6323e+09Pa