有限元分析-結(jié)構(gòu)培訓(xùn)8.ansys設(shè)計(jì)優(yōu)化講義03dx ch

第二章DesignXplorer的使用DesignXplorer能夠使用所支持的CAD系統(tǒng)中的參數(shù)，但是必須采用一個(gè)*命名規(guī)則（DesignModeler中也一樣）一個(gè)“自定義參數(shù)關(guān)鍵字”用來指定CAD參數(shù)輸出到Workbench，默認(rèn)的關(guān)鍵字是“ds”例如：為了將名為“l(fā)ength”的CAD參數(shù)導(dǎo)入Workbench，需要將其重命名為“Lengthds”，“ds_Length”，“Length_ds”等等。

（順序是任意的參數(shù)關(guān)鍵字可以由用戶自己定義，可以在“GeometryImport”選項(xiàng)中進(jìn)行修改。注：若自定義參數(shù)關(guān)鍵字行空白，則所有CAD參數(shù)都將輸入Workbench。CAD參數(shù)ParameterSet是整個(gè)WB中所支持的參數(shù)參數(shù)設(shè)置What-If分析的設(shè)計(jì)點(diǎn)表格為了建立“What-If”研究，雙擊ParameterSet，激活What-If分析的設(shè)計(jì)點(diǎn)表格。模擬運(yùn)行的初始值已經(jīng)給出，而且用戶可以通過點(diǎn)擊“*”按鈕輸入新的值?；騽t拷貝，粘貼電子表單里的值。參數(shù)設(shè)置每次新的“添加”都成為一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)，當(dāng)所有設(shè)計(jì)點(diǎn)輸入完成時(shí)，點(diǎn)擊UpdateallDesignPints。狀態(tài)欄給出了關(guān)于設(shè)計(jì)點(diǎn)更新的更多信息。參數(shù)設(shè)置用戶也可以通過在設(shè)計(jì)點(diǎn)上右鍵選擇UpdateSelectedDesignPoint，運(yùn)行一個(gè)選定的設(shè)計(jì)點(diǎn)。用戶可以通過CopyinputtoCurrent將所選設(shè)計(jì)點(diǎn)設(shè)為當(dāng)前狀態(tài)，而Mechanicalapplication將自動(dòng)更新到選定的設(shè)計(jì)點(diǎn)。參數(shù)設(shè)置ParametersCharts在XY坐標(biāo)圖上顯示輸入和輸出參數(shù)，以便于用戶確認(rèn)這些參數(shù)。參數(shù)設(shè)置選擇輸入和輸出參數(shù)，并且在Toolbox中選擇ParameterChart來圖形顯示輸入和輸出參數(shù)。設(shè)計(jì)點(diǎn)：一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)是幾組特定參數(shù)組合生成的響應(yīng)面中的一個(gè)位置。一個(gè)簡單示例：一個(gè)25x25mm的懸臂梁，長度由360變化到440mm對(duì)其一階固有頻率有什么影響？直覺告訴我們，隨著長度的增加，固有頻率將下降，而DX的求解結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)（下一頁）。400mm設(shè)計(jì)點(diǎn)這里，由DX得到的圖形指出，一階固有頻率隨著長度的增加而降低。為了拓展這個(gè)響應(yīng)曲線，DX針對(duì)“Length_ds”參數(shù)使用5個(gè)值（360，380，400，420和440mm）做了5次完整求解。這些求解方案由右圖中的符號(hào)來表示這些求解方案之間的關(guān)系圖是利用回歸分析法擬合得到的曲線（詳見文檔）。因此，在給定的Length_ds范圍內(nèi)選擇任意值，并計(jì)算響應(yīng)（頻率），即得到一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)。Designpoint(typical)Automaticsolutions設(shè)計(jì)點(diǎn)ResponseDesignpoint(typical)Automaticdesignpoint從響應(yīng)圖上得到的任何設(shè)計(jì)點(diǎn)（除了自動(dòng)設(shè)計(jì)點(diǎn)）都是一個(gè)響應(yīng)設(shè)計(jì)點(diǎn)。響應(yīng)設(shè)計(jì)點(diǎn)（Responsedesignpoint）是基于響應(yīng)圖的近似，最好在設(shè)定一個(gè)硬設(shè)計(jì)點(diǎn)后，再基于一個(gè)響應(yīng)設(shè)計(jì)點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行制定或修改。設(shè)計(jì)點(diǎn)設(shè)計(jì)點(diǎn)Designpoints是在系統(tǒng)中一系列的輸入?yún)?shù)的基礎(chǔ)上建立的，可以通過點(diǎn)擊工具欄中對(duì)應(yīng)的Preview按鈕進(jìn)行瀏覽。建好的設(shè)計(jì)點(diǎn)的輸出參數(shù)可以有幾種方法計(jì)算：在工作區(qū)內(nèi)，點(diǎn)擊工具欄中對(duì)應(yīng)的Update按鈕來求解所有所建設(shè)計(jì)點(diǎn)。在ProjectSchematic內(nèi)，右擊cell并選擇Update。在ProjectSchematic內(nèi)，單擊

工具欄中UpdateProject按鈕更新項(xiàng)目中的所有系統(tǒng)。額外的抽樣方法OptimalSpaceFillingDesign允許用盡可能少的點(diǎn)來填充設(shè)計(jì)空間，同時(shí)要保持盡可能小的差異。

選項(xiàng)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)面合適的全面報(bào)告，來確定是否能夠應(yīng)用于GoalDrivenOptimization（GDO），DesignforSixSigma（DFSS），和RobustDesign（RD）樣本。Tools>Options設(shè)計(jì)點(diǎn)CentralCompositeDesign（中心復(fù)合設(shè)計(jì)）對(duì)確定設(shè)計(jì)法，自動(dòng)設(shè)計(jì)點(diǎn)的位置通過DOE方法來決定，DOE方法中采用的是部分因子設(shè)計(jì)的CCD法。如果N是輸入?yún)?shù)數(shù)目，那CCD包括：

一個(gè)中心點(diǎn)2*N個(gè)位于所選輸入?yún)?shù)軸線上-a和+a的

軸點(diǎn)2^(N-f)位于輸入?yún)?shù)空間對(duì)角線-1和+1位置的因子點(diǎn)OptimalSpace-FillingDesign（最佳空間填充設(shè)計(jì)）根據(jù)指定的標(biāo)準(zhǔn)建立最佳的空間來填充DesignofExperiment(DOE)，這個(gè)選項(xiàng)可以用盡可能少的點(diǎn)來有效地填充設(shè)計(jì)空間。自動(dòng)設(shè)計(jì)組合的數(shù)目是輸入?yún)?shù)個(gè)數(shù)的函數(shù)設(shè)計(jì)點(diǎn)對(duì)確定設(shè)計(jì)法（deterministicmethod）,設(shè)計(jì)點(diǎn)的位置是由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法（DOE）確定的，DOE默認(rèn)的方法是部分因子設(shè)計(jì)的中心組合設(shè)計(jì)法（CCD）。響應(yīng)面將根據(jù)DOE求解結(jié)果生成。求解時(shí)，生成的設(shè)計(jì)點(diǎn)被臨時(shí)放在項(xiàng)目的參數(shù)設(shè)置欄（ParameterSetBar）的設(shè)計(jì)點(diǎn)表格中。設(shè)計(jì)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)面——完全二階多項(xiàng)式（默認(rèn)）假設(shè)已知n個(gè)樣本點(diǎn)，以及N個(gè)樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的響應(yīng)參數(shù)；確定輸入和輸出參數(shù)間的關(guān)系，確定基于采樣點(diǎn)的響應(yīng)參數(shù)；輸出參數(shù)是輸入?yún)?shù)的函數(shù)表達(dá)式，這個(gè)表達(dá)式被稱為響應(yīng)面；優(yōu)先采用二階多項(xiàng)式。

Kriging法標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)面的綜合擬合為Y(x)=f(x)+Z(x).多項(xiàng)式f(x)和Z(x)的組合，其中Z(x)——平均值為零，方差s^2和非零方差的正態(tài)分布高斯隨機(jī)過程的描述Meta模型類型

NonParametricRegression非參數(shù)回歸

支持向量法

使用超平面來對(duì)輸入樣本的向量子集進(jìn)行分類，這些樣本向量足以表達(dá)輸出。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NeutralNetwork）基于人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基于減小插值點(diǎn)和已知點(diǎn)之間距離的算法，導(dǎo)出加權(quán)函數(shù)－學(xué)習(xí)過程每次迭代都要檢查誤差。Meta模型類型目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化DX運(yùn)行結(jié)束后，在cell‘sProperties視窗中保存設(shè)計(jì)點(diǎn)，也可以由此建立：Tools>Options>DesignExplorationdialog

預(yù)存設(shè)計(jì)點(diǎn)有讓用戶看到DesignExplorationcell中使用的確切設(shè)計(jì)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)。例如一個(gè)參數(shù)的相關(guān)性分析，它是查看計(jì)算相關(guān)性的實(shí)際設(shè)計(jì)點(diǎn)的唯一路徑，因?yàn)闆]有別的Cell可以查看它。預(yù)存設(shè)計(jì)點(diǎn)允許后續(xù)DesignExploration的更新中使用這些存在的設(shè)計(jì)點(diǎn)，這將減少CPU的消耗。篩選方法是利用準(zhǔn)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的一種非迭代的直接取樣法。MOGA法是一種迭代多目標(biāo)遺傳算法，它能使用連續(xù)輸入?yún)?shù)的優(yōu)化問題。NLPQL法是基于梯度的單目標(biāo)優(yōu)化，它的基礎(chǔ)是準(zhǔn)牛頓法。MOGA法對(duì)計(jì)算全局最優(yōu)解更好，而NLPQL法是一個(gè)基于梯度的算法，非常適合局部優(yōu)化。因此，可以用

篩選法或MOGA法開始尋找多個(gè)暫時(shí)最優(yōu)解，然后利用NLPQL法來完善它，使其擴(kuò)大到局部的最大和最小值。帶有混合參數(shù)類型（如可行性、離散性或連續(xù)參數(shù)的情景參數(shù)）的問題或離散問題目前還不能通過MOGE法或NLPQL法解決，而且這些情況下只能使用篩選法（Screening）。目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化下圖給出了GoalsandCandidateDesigns中指定的各種參數(shù)特征和重要性。一旦確定了目標(biāo)，一組包含了候選設(shè)計(jì)（candidatedesigns）的樣本組即建立。目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化至少有一個(gè)輸出參數(shù)存在最大、最小目標(biāo)，或?qū)で笠粋€(gè)目標(biāo)值，從而使用MOGA法或NLPQL法進(jìn)行優(yōu)化（NLPQL法只有一個(gè)輸出）。如果沒有進(jìn)行以上定義，那么優(yōu)化問題也沒被定義（即不存在）或僅僅滿足了一個(gè)約束條件，(Objectivesetto>=Targetor<=Targetor=Target).當(dāng)這些問題沒有定義時(shí)，MOGA法或NLPQL法分析不能運(yùn)行。篩選法不依賴任何參數(shù)設(shè)置，而且能用于初始設(shè)計(jì)研究。目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化完成了樣本設(shè)置后，候選設(shè)計(jì)將生成并根據(jù)參數(shù)排序（parameterrankings）顯示出來。參數(shù)值根據(jù)既定目標(biāo)按次序顯示出來。目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化GDO的另一個(gè)有用的特點(diǎn)是能可視化一個(gè)參數(shù)的變化可能帶給對(duì)另一個(gè)參數(shù)的影響。這被稱為“TradeOffPlots”，適用于2D或3D顯示，這取決于參數(shù)的數(shù)目。Tradeoffplots使用了帕累托優(yōu)化點(diǎn)的概念，在后面再討論。目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化無論一個(gè)候選設(shè)計(jì)是怎樣選擇的（從響應(yīng)圖或目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中），它都將作為將來研究的一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)存放起來。從目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中插入設(shè)計(jì)點(diǎn)（GoalDrivenOptimization）：目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化在DX中建立一個(gè)優(yōu)化方案的過程。此例中，將使用DesignModeler作為幾何源。這和使用商業(yè)CAD系統(tǒng)的過程沒有差別。從指定DM模型的幾何參數(shù)開始。幾何參數(shù)創(chuàng)建DX方案–示例創(chuàng)建DX方案–示例從結(jié)構(gòu)分析中得到的輸入和輸出參數(shù)一旦建立好分析模型，DX就從ProjectSchematic開始。

創(chuàng)建DX方案–示例在DesignExploration工具箱下雙擊GoalDrivenOptimization。在這里，只能定義設(shè)計(jì)點(diǎn)和參數(shù)，以及指定參數(shù)范圍。創(chuàng)建DX方案–示例通過更新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來計(jì)算輸出參數(shù)。創(chuàng)建DX方案–示例在這里可以檢查所有設(shè)計(jì)點(diǎn)，但沒有計(jì)算輸出。在查看部分，可以選擇Responses，來查看計(jì)算數(shù)據(jù)。在響應(yīng)圖表中，可以用多種方式來查看結(jié)果信息。在響應(yīng)圖上，能可視化可能的設(shè)計(jì)。創(chuàng)建DX方案–示例如以上所示，響應(yīng)圖是一個(gè)探索整個(gè)設(shè)計(jì)空間，和視覺上選擇期望設(shè)計(jì)點(diǎn)的工具。目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化是生成響應(yīng)面的延續(xù)，它有三個(gè)步驟：生成樣本指定設(shè)計(jì)目標(biāo)指定候選設(shè)計(jì)在生成候選設(shè)計(jì)前，DX必須生成一組樣本設(shè)計(jì)點(diǎn)。樣