HyperWorks常見問題解答（優(yōu)化問題設(shè)置2）

2016-09-27 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

問題 11:常用的拓撲優(yōu)化目標函數(shù)與設(shè)計約束條件有哪些?

解答:以下是一些常用的拓撲優(yōu)化目標函數(shù)與設(shè)計約束條件的組合,用戶可以根據(jù)工程問題的需要,酌情選用:

(1)目標函數(shù):最小化柔度(全局/局部/加權(quán))設(shè)計約束:(全局/局部)質(zhì)量比/體積比

(2)目標函數(shù):最小化質(zhì)量比/體積比(全局/局部)設(shè)計約束:位移約束

(3)目標函數(shù):最大化頻率(加權(quán))設(shè)計約束:(全局/局部)質(zhì)量比/體積比(4)目標函數(shù):最小化質(zhì)量比/體積比(全局/局部)設(shè)計約束:固有頻率

(5)目標函數(shù):最小化加權(quán)柔度及頻率設(shè)計約束:(全局/局部)質(zhì)量比/體積比

(6)最小化質(zhì)量比/體積比(全局/局部)設(shè)計約束:應(yīng)力約束

問題 12:拓撲優(yōu)化是否對網(wǎng)格尺寸有特定的要求?

解答:基于密度法的拓撲優(yōu)化結(jié)果,其結(jié)果必然與網(wǎng)格尺度相關(guān)。較為精細的網(wǎng)格會帶來更為可靠的優(yōu)化結(jié)果。此外,巨大的網(wǎng)格會導(dǎo)致棋盤格現(xiàn)象(checkerboardding,即密度值在單元間急劇下降過渡)。較高的網(wǎng)格密度,使用二階單元,以及通過最小成員尺寸控制(minimum member size control)可以有效地防止棋盤格現(xiàn)象的發(fā)生。

問題 13:體積比響應(yīng)(volumefrac response)和體積響應(yīng)(volume response)的區(qū)別是什么?

解答:體積比響應(yīng)指材料占可設(shè)計區(qū)域(designable material volume)的比例;體積響應(yīng)指材料占整體體積(包括可設(shè)計區(qū)域和不可設(shè)計區(qū)域)的比例。

問題 14:在 OptiStruct中,以最小化體積為目標函數(shù)的優(yōu)化和最小化質(zhì)量為目標函數(shù)的優(yōu)化,二者是否等價?

解答:如果模型中所有材料的密度都是一致的,那么最小化體積優(yōu)化和最小化質(zhì)量優(yōu)化二者是等價的。當設(shè)定為最小化體積優(yōu)化時,不需要用戶提供材料密度值。但如果模型中可設(shè)計區(qū)域和不可設(shè)計區(qū)域,其二者的材料有差別,那么最小化體積優(yōu)化和最小化質(zhì)量優(yōu)化,其結(jié)果必然不同。

某些情況下,如果可設(shè)計區(qū)域和不可設(shè)計區(qū)域的材料性質(zhì)基本一致,但是可設(shè)計區(qū)域的體積遠小于不可設(shè)計區(qū)域(即 Vdesign <<Vnon‐design),這種情況下,最小化質(zhì)量優(yōu)化會得到更好的結(jié)果。

另一方面,如果可設(shè)計區(qū)域和不可設(shè)計區(qū)域的材料性質(zhì)基本一致,但是可設(shè)計區(qū)域的質(zhì)量遠小于不可設(shè)計區(qū)域(即(ρρdesign << ρρnon‐design),那么使用最小體積優(yōu)化,將得到更好的結(jié)果。

問題 15:有什么方法可以控制優(yōu)化迭代步長(optimizationstep size)?

解答:用戶可以通過改變擾動容限(move limits,即在每一步優(yōu)化迭代中允許設(shè)計變量擾動的最大幅度)的方式控制優(yōu)化迭代步長。在 OptiStruct 中,針對不同的優(yōu)化類型,定義的方式有些許的不同。用戶具體可以參考 DOPTPRM卡片中的 DELTOP 參數(shù),DELSHP 參數(shù),DELSIZ 參數(shù);以及在面對尺寸和形狀優(yōu)化問題中的 DESVAR 卡片。在HyperMesh 用戶界面中,該功能的具體路徑為:ANALYSISPAGE‐optimization panel‐opticontrol

問題 16:如何進行OptiStruct重啟動分析?

解答:如果希望繼續(xù)進行一個已有的 OptiStruct 作業(yè),用戶需要提交兩個文件: filename.fem 文件(輸入文件)以及 filename.sh 文件(包括在上一次分析最后一步迭代結(jié)束時,設(shè)計變量的更改情況)。重啟動 OptiStruct 進行分析的技術(shù)細節(jié),可以參考 OptiStruct 用戶手冊中RestartingOptiStruct 章節(jié)。

問題 17:是否可以通過OptiStruct的拓撲優(yōu)化技術(shù),為殼單元模型尋找最優(yōu)的加強筋排布方案?

解答:完全可以。需要采用與普通的拓撲優(yōu)化相反的思路進行。與通常的優(yōu)化問題設(shè)計變量定義中,將整個殼單元的厚度作為一個單獨的設(shè)計變量不同,使用 OptiStruct 拓撲優(yōu)化技術(shù)進行加強筋排布優(yōu)化時,首先需要定義一個屬于不可設(shè)計范圍的中心層厚度(core thickness)參量 T0。而作為整個殼單元厚度的參量 T,則包括厚度不可變的中心層 T0,以及位于 T0上方和下方,用于排布加強筋的可變部分。完成了設(shè)計變量的定以后,可以以加強筋占整個可設(shè)計區(qū)域的體積比/質(zhì)量比作為設(shè)計約束,完成整個優(yōu)化問題的定義。優(yōu)化迭代求解結(jié)束后,使用 HyperView查看優(yōu)化結(jié)果。將結(jié)果顯示方式切換至單元密度?？稍O(shè)計區(qū)域中單元密度接近 1.0的部分即為需要排布加強筋的位置,即在中心層厚度的基礎(chǔ)上,還需要鋪設(shè)額外的材料;而單元密度接近 0 的部分,則不需要排布加強筋,僅保留中心層厚度即可。

例如:可以設(shè)置中心層厚度 core thickness T0=1.5mm,則優(yōu)化完成后,模型最薄部分至少也有 1.5mm 的保留。模型最大厚度:3.5mm,即包括 1.5mm的中心層厚度和 2mm 的加強筋高度。則需要在 PSHELL卡片中,將初始厚度設(shè)為 3.5mm,而在 DPTL卡片中,將T0 置為 1.5。優(yōu)化結(jié)束后,則會在厚度為 1.5mm 的基板上,排布厚度為 2.0 mm 的加強筋。

注意: T0 是中心層厚度,加強筋將被排布在[ (T0/2) + (T/2) ]和[(-T0/2) - (T/ 2) ] 兩個區(qū)域中。

由于此項優(yōu)化技術(shù)是基于殼單元模型的,因此在建模時必須考慮單元高寬比(aspect radio)對結(jié)果的影響。設(shè)置合適的單元形態(tài)及設(shè)計變量取值范圍,確保所得到的優(yōu)化結(jié)果中,起筋厚度方向的長度尺度遠小于二維單元的長度尺度。

問題18:如何設(shè)置/更改加權(quán)模態(tài)頻率響應(yīng)(modeweight)?

解答:在HyperMesh 前處理環(huán)境中,選擇 OptiStruct模板,在 Optimization 菜單中選擇 responses菜單,相應(yīng)類型選擇 weightedfreq,即可設(shè)置/更改加權(quán)模態(tài)頻率響應(yīng)。在 OptiStruct 中,最多可以為 6 階模態(tài)進行加權(quán)設(shè)置。

問題19:在加權(quán)柔度‐頻率優(yōu)化(weighted compliance &frequence)優(yōu)化問題中,如何設(shè)置 NORM因子?

解答:在Optimization Parameter 中的NORM 因子用于對加權(quán)柔度‐頻率優(yōu)化問題進行控制。在默認情況下,該因子被自動設(shè)置為 0.0。在這種情況下,在第優(yōu)化的第 0 步迭代(即僅完成原始方案求解)中,正規(guī)化因子(normalizationfactor,NORM)將被設(shè)置為柔度與加權(quán)頻率的權(quán)值是相等的。而在優(yōu)化過程中不起作用。

如果 NORM 被設(shè)置為大于 0的數(shù)值,那么該因子將會影響到后面的優(yōu)化迭代過程。在 HyperMesh前處理界面中,NORM 因子可以在響應(yīng)類型被設(shè)置為 comb 時進行設(shè)置。

正規(guī)化因子常被用于處理結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中要求同時考慮結(jié)構(gòu)的柔度與固有頻率的優(yōu)化問題。但是結(jié)構(gòu)柔度與其模態(tài)特征值之間的取值差異是非常大的。典型結(jié)構(gòu)柔度的取值大約在 1.0e4 到 1.0e6之間,而相應(yīng)的特征值取值一般在 1.0e‐5 數(shù)量級。如果不使用正規(guī)化因子進行調(diào)整,而直接進行等權(quán)值的加權(quán)的話,那么特征值將被直接忽略掉,而僅僅將柔度作為響應(yīng),以及目標函數(shù)。用戶可以查閱 OptiStruct 用戶手冊中 CombinedCompliance Index 詞條以獲取更多內(nèi)容。

問題 20:將最小化體積作為目標函數(shù),和將體積限制在某一范圍內(nèi)作為設(shè)計約束條件,二者的區(qū)別是什么?

解答:第一種方法中,OptiStruct 將體積分數(shù)作為設(shè)計約束條件(等價于最終優(yōu)化結(jié)果不應(yīng)超過原有設(shè)計空間總體積的某一固定百分比),則 OptiStruct 會在原有設(shè)計空間中,重新排布材料的空間分布,在滿足體積分數(shù)不超過某一限定值,且滿足其他設(shè)計約束條件的前提下,找到使目標函數(shù)取極值的設(shè)計方案。第二種方法中,OptiStruct 將最小化體積作為優(yōu)化的目標,則在尋優(yōu)過程中,會在滿足設(shè)計約束的前提下,找到體積最小的最終設(shè)計方案。

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