ANSYS优化设计可靠性知识清单：全面解析

引言

优化设计简单地来说就是由计算机自动地去计算得到设计参数，并且同时符合两个要求：第一是限制条件(constraints)，譬如结构物的应力不得超过容许值；第二是某个特定的目标值(如结构物的总重量、面积、体积、费用)必须最小化或最大化。

1、优化变量=(设计变量、状态变量、目标函数)

当ANSYS进行最优化时，这些优化变量是会改变的，所以在ANSYS 分析中，必须用ANSYS变量（参数）来表示这些优化变量。其中设计变量除了指定初始值外不得变更其值（ANSYS会自动更新其值），状态变量和目标方程则必须在适当的时机更新其值。

2、用ANSYS命令撰写为执行文件的方式

命令组织成两个文件：优化文件和分析文件。

优化的每一次迭代过程中，都须进行至少一次的有限元分析，分析文件的命令就是用来进行该有限元分析的。分析文件的结构基本上和典型的ANSYS分析程序类似，唯一不同的是分析文件中必须包含计算状态变量目标方程的值。
优化文件是描述式1-1的数学模式，然后去执行设计优化的工作。由于执行设计最佳化需要调用分析文件，所以优化文件中必须指定分析文件的名称。

3、基于APDL的ANSYS优化设计主要分析过程如下：

1）利用APDL的参数技术和ANSYS的命令创建参数化分析文件，用于优化循环。

主要包含下面步骤：

在前处理器中建立参数化的模型

在求解器中求解

在后处理器中提取并指定状态变量和目标函数

2）进入优化设计器OPT，执行优化分析过程。

指定分析文件

声明优化变量，包括设计变量、状态变量和目标函数。

选择优化工具或优化方法。

进行优化分析。

查看优化设计序列结果。

检验设计优化序列。

4、ANSYS程序优化工具

单步运行法（Single Run）

随机搜索法（Random Design）

乘子法（Fractorial）

最优梯度法（Gradient）

扫描法（DV Sweeps）

子问题法（Sub-Problem）

一阶优化（First-Order）

用户优化算法（UserOptimizer

5、离散变量的处理

在实际工程设计问题中，有时会遇到离散型设计变量的情况，这时可采用下述方法求解。

1）凑整解法：这种方法是将离散变量先假定为连续变量，在取得最优解后，再进行必要的处理，将求得的非离散值调整到离其最近的可行的离散值，并计算该值相邻各点的函数值，找出其中可行的最小点。

2）网格法：网格法是一种最简单的直接求优法，是一种穷举法。它既可用于连续设计变量的约束优化问题，又可用于具有离散型设计变量问题的求优。

3）随机试验法：从规定离散数的集合中随机抽样，计算那些可行点的目标函数值并保留函数值最小的点，也可以寻得离散最优解。

除上述方法外，处理离散型设计变量的优化设计问题，还可采用离散复合形法和离散罚函数法等。

6、ANSYS结构优化操作步骤和基本公式

ANSYS结构优化设计方法的操作步骤是：

1)选定设计变量(例如节点坐标或杆件截面面积)作为参数并赋予初值；

2)用APDL参数化命令建模计算，并用 GET命令得到力学响应(如应力、位移或固有频率)并赋给状态变量和目标函数；

3)利用LGWRITE命令输出命令流文件；

4)进入OPT，指定li一步用LGWRITE命令输出的命令流文件，声明优化变量(包括设计变量、状态变量和目标函数)并给出上下限，选择优化方法和循环控制方式并进行优化分析；

5)杏看设计序列结果和后处理。通常以截面面积作为杆件系统优化没计变量。当对结构形状进行优化时，还要将杆件坐标作为设计变量。

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