workbench強(qiáng)大的參數(shù)化處理能力

2017-01-19 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

在前面相關(guān)日志中,已經(jīng)采用ansys從純技術(shù)的角度探討了關(guān)于弦樂(lè)類樂(lè)器的調(diào)音。并最終得出了頻率(音調(diào))與琴弦的直徑,以及預(yù)緊力之間的關(guān)系。探討的方法都是采用固定變量法得出的。即控制單一變量發(fā)生改變,而其他變量保持不變的方法。最終得出的是單一變量與頻率之間的關(guān)系。實(shí)際琴弦的頻率與琴弦半徑、預(yù) 緊力、以及長(zhǎng)度,材料等都有關(guān)系。也即是頻率是多個(gè)變量的函數(shù)。很明顯這里提到的變量多余2個(gè)。因此如果進(jìn)行參數(shù)化建模,最終得到的是一個(gè)多維空間曲面函數(shù)。實(shí)際就是workbench中所謂的響應(yīng)面。
這里還是以前文的參數(shù)為例,探討該響應(yīng)面的生成。由于空間多維響應(yīng)面很難生成,而且圖像化非常困難。這里將探討空間三維響應(yīng)面的生成。仍然以預(yù)緊力和琴弦半徑作為設(shè)計(jì)變量。
模型參數(shù)如下:

材料參數(shù)(均采用國(guó)際單位制):

ex=1.90e11

prxy=0.3

ρ=7920

幾何參數(shù):

琴弦長(zhǎng)度L=0.5m

琴弦半徑R=0.05mm~1mm

預(yù)緊力參數(shù):
F=5~100N

為了有可比性,這里依然采用單元個(gè)數(shù)為40個(gè)。

最終得到響應(yīng)面如下:

為了與前面采用ansys計(jì)算的進(jìn)行對(duì)比,分別繪制在不同拉力和不同琴弦半徑下的頻率曲線如下:

以上2個(gè)圖與前面采用ansys計(jì)算分析所得的結(jié)果完全相同。
同時(shí),可以拖動(dòng)workbench中變量的滾動(dòng)條,輸入變量求解域內(nèi)的任意求解向量,即可得到相應(yīng)的響應(yīng)參數(shù)。
這里需要說(shuō)明的是,前者采用ansys分析繪制得到的曲線是基于實(shí)際模型對(duì)應(yīng)的多組參數(shù)得出的。而后者是基于響應(yīng)面方法,通過(guò)不同的采樣方法獲取不同的試驗(yàn) 數(shù)據(jù),然后采用不同的響應(yīng)面構(gòu)建方法得到的。也就是說(shuō),實(shí)際真實(shí)利用模型及參數(shù)按流程計(jì)算的只有幾個(gè)采用點(diǎn),也就是workbench中所有的 design point.而曲線中所給出的其他的點(diǎn),均是利用響應(yīng)面算法,通過(guò)插值等方法得到。這里給出帶有design point顯示的三維響應(yīng)面如下:

有圖可知,總共使用了9個(gè)采樣點(diǎn)。
這里也提供出響應(yīng)面的擬合曲線:

以及響應(yīng)面的擬合效果數(shù)據(jù):

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據(jù)此可知,擬合的方差,絕對(duì)和相對(duì)誤差等數(shù)據(jù)。對(duì)于此模型,誤差均在允許的范圍內(nèi)。說(shuō)明擬合效果較好。
需要說(shuō)明的是,試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取,可以有

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多種方法,可以根據(jù)需要選擇合適的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用方法。一般來(lái)說(shuō),試驗(yàn)的數(shù)據(jù)越多,越便于構(gòu)建更加接近真實(shí)的響應(yīng)面。當(dāng)然,響應(yīng)面的構(gòu)建,還與響應(yīng)面的生成算法有關(guān)。

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當(dāng)然也可以很方便提取整個(gè)響應(yīng)面中目標(biāo)變量的最大值和最小值。以及變量對(duì)響應(yīng)的靈敏度效果等,這里不再詳述。

本日志,以前述琴弦模態(tài)為例,說(shuō)明了workbench強(qiáng)大的參數(shù)化數(shù)據(jù)處理能力。當(dāng)模型的變量較多的時(shí)候,采用前述ansys機(jī)械式描點(diǎn)的方法,有的時(shí)候甚至是不可能的。因?yàn)闉榱双@取更好的效果必須構(gòu)建不同變量的曲線,同時(shí)曲線的精度直接和變量的遞增量有關(guān),這樣勢(shì)必會(huì)極大增大求解時(shí)間。同時(shí),不能得到變量求解域范圍內(nèi)任意一點(diǎn)的響應(yīng)。采用響應(yīng)面方法,可以在較少的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的前提下,得到更好的擬合面效果,在求解精度和計(jì)算時(shí)間上得到了一個(gè)很好的收益,同時(shí)對(duì)于響應(yīng)面的顯示也更直觀,中間采用點(diǎn)的獲取也更為方便。作為軟件操作者,你只需要關(guān)心響應(yīng)面的建立方法和擬合效果就可以。

原文出處【技術(shù)鄰】

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