Optimus引领整车多学科及轻量化优化新潮流

整车多学科优化是整车性能、重量的一种协同优化的手段。整车的结构性能包括NVH、碰撞安全、刚强度等。通常的分析优化过程都是按不同学科单独进行的，然后在验证优化方案对其他性能的影响。

多学科优化可以同时考察各项性能，并可以将整车质量作为设计目标，在满足各项性能的基础上进行最优化 轻量化设计。关于整车多学科优化有不同的优化策略，这涉及到软硬件资源、项目开发周期等等各方面的影响。具体关于整车多学科优化策略会在后续的文章中详细讨论。

分析工况：

多学科优化考察的工况需要根据不同的策略进行筛选，本案例选择的非线性工况为正碰和侧柱碰，线性工况为弯曲刚度、扭转模态工况。
 

碰撞分析模型：
 
单元：6241
 

节点：5870
 

求解器：LS-Dyna
 

NVH分析模型：
 

单元：4556
 

节点：4520
 

求解器：Nastran
 

正碰分析：

侧柱碰分析：

弯曲刚度分析：

扭转模态分析：

设计变量：

正碰：14个厚度变量，14个材料变量

侧柱碰：5个厚度变量，5个材料变量

刚度、NVH：33个厚度变量

设计响应：

正碰：防火墙侵入量

正碰：B柱下侧加速度

侧柱碰：B柱侵入量

弯曲刚度工况：加载点位移

扭转模态

以上考察共考察四个工况，两个非线性的碰撞工况，两个线性的工况为整车弯曲刚度和整车扭转模态工况，共有51个设计变量，包括18个材料变量，33个厚度变量。其中有些变量是某个分析模型特有的，有些变量是几个分析模型共有的。
 

Optimus和LSOPT软件类似，不能对不同模型的设计变量进行属性关联，因此如果是同一个部件的属性变量，包括厚度或者材料。需要使用同样的设计变量名称，才可以保证不同分析模型中使用的是同一个设计变量。而其他优化软件如isight、Hyperstudy等可以对不同求解文件的设计变量进行关联，而不必须保证使用同一个设计变量名。

多学科优化中一个重要的工作内容便是设计变量的协同。为了优化设计过程，建议在进行变量设置前将需要考察的设计变量使用表格文件进行管理，以便在后续设置过程中便于统一。同时，Optimus的设计变量编辑过程支持对外部数据的拷入，因此，可以直接将设计变量管理表格中的数据复制进来即可。
 

多学科优化中的碰撞工况使用LSDYNA进行求解，整车刚度和模态使用Nastran进行求解，关于Optimus中LSDYNA和Nastran模块的设置参照以前的系列文件。关于设计变量的设置，建议先将LSDYNA和Nastran的求解文件进行参数化，然后在optimus中在对求解文件进行参数化设置时直接对上面的参数进行设置，而不是直接对求解文件中具体部件属性的厚度或者材料进行变量设置。

Optimus整车多学科优化流程图：其中包括4个分析工况，8个设计响应。
 

一、设计变量设置

1.设置设计变量数量为51
 
2.修改设计变量的名称，可以直接从设计变量管理表中对应的设计变量参数名称一列复制过来即可
 

3.修改设置变量的类型以及范围类型，厚度变量为Real，材料变量为Integer
 

4.设置名义值，可以将变量变量管理表格中的初始值一列直接复制即可
 

5.设置变量的上下限值
 
6.对于材料变量，设置变量列表
 

二、求解文件参数化设置

1.双击求解文件模块
 

2.在打开的求解文件参数化设置窗口，对应设计变量名称和求解文件中需要参数化的变量值进行一一设置，由于设计变量为全部分析所需的变量，因此对于某一个求解文件只需要设置所需要的参数即可
 

3.对于变量的Format，由于nastran求解文件中参数值位置不需要固定格式，因此这个位置不需要特定的设置，保持默认None即可
 

参照1-3，对扭转模态分析工况求解文件进行参数化设置
 

4.双击FRB工况的求解文件模块
 
5.由于lsdyna求解文件中注释内容是通过$符号声明的，因此参数化设置选择其他参数化符号，如@
 

6.由于lsdyna中的格式为每10个字符串为一段，且须严格按照这个格式定义，因此在Format位置设置：Type-Float、Width-10、Decimal places-1
 

7.对需要进行参数化厚度的参数一一设置
 

8.对于材料参数，需要设置Format为：Type-Integer、Width-10
 

9.对需要进行参数化材料的参数一一设置
 

三、求解模块设置

1.双击Action模块
 

2.设置求解命令：nastran xx.bdf，如果没有对nastran进行环境变量的设置，则需要带绝对路径
 

3.设置求解文件
 

按照1-3对整车模态工况求解模块进行设置
 

4.双击Action模块
 

5.设置求解命令：lsdyna i=xx.key ncpu=n memory=n
 

6.设置求解文件
 

按照4-6对pole side碰撞工况求解模块进行设置
 

四、结果文件处理模块设置

关于后处理模块的设置，可以参考以前系列文章中具体描述。

以上，便完成了求解流程的设置。
 

五、优化求解设置

1.右键graph设置new method选择DOE

2.在DOE设置窗口选择“拉丁方”DOE方法
 

3.在创建的DOE方法上右键选择New method

4.在弹出的Model窗口，选择类型为Interpolating，在Definition选择RBF
 

5.右键graph设置new method选择Optimization

6.在Optimization method置窗口选择适合的优化算法

7.设置优化目标，最小化Mass

8.设置性能优化约束值
 

9.右键添加一个Task list
 
10.在打开的Task list列表中，选择→后将DOE和Optimization模块放到右侧Task List中
 

整个优化流程为：先进行DOE分析，然后更新响应面，最后在进行优化分析。
 

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