HyperWorks在優(yōu)化設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題及解決方案（一）

2016-09-27 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

近些天,總有一些搞優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的學(xué)者或工程師向我詢(xún)問(wèn)用HyperWorks做結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)置步驟、方法和注意事項(xiàng)。由于小碩在研究生期刊主要從事并聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,且在Altair公司從事過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的工作?，F(xiàn)將自己整理的關(guān)于HyperWorks的優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行羅列和分享。

問(wèn)題一:在拓?fù)鋬?yōu)化中,是否可以通過(guò) DRESP1卡片,在設(shè)計(jì)空間中增加應(yīng)力約束條件?

解答:通過(guò) DRESP1 卡片進(jìn)行局部應(yīng)力約束是非法的。拓?fù)鋬?yōu)化中設(shè)置應(yīng)力的方法有1)、在Topology面板的Parameter子面板設(shè)置;

2)、在Response面板下的響應(yīng)類(lèi)型中有static stress中設(shè)置 ;

但方法1是對(duì)結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力的約束,在拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)中能用OptiStruct求解并不報(bào)錯(cuò);方法2是對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部應(yīng)力的約束,在拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)中OptiStruct求解會(huì)報(bào)錯(cuò),因?yàn)榇藭r(shí)在有限元中的剛度矩陣K是隨著材料的去除而在時(shí)時(shí)變化,并不是一個(gè)特定的矩陣。

問(wèn)題二:在質(zhì)量/體積約束條件已經(jīng)存在的前提下,是否可以在其基礎(chǔ)上再增加全局應(yīng)力約束條件?

解答:我們不建議用戶(hù)同時(shí)使用質(zhì)量/體積約束和全局應(yīng)力約束條件。很多情況下,由于前者的存在,使得全局應(yīng)力約束條件往往得不到滿(mǎn)足。

問(wèn)題三:在拓?fù)鋬?yōu)化階段,為什么我設(shè)置了全局應(yīng)力約束條件,在某些局部,應(yīng)力水平依然超過(guò)了全局應(yīng)力約束的要求?

解答:全局應(yīng)力約束亦是在優(yōu)化分析的過(guò)程中,將整體模型的應(yīng)力水平控制在一個(gè)合適的范圍中,在優(yōu)化結(jié)果中可能出現(xiàn)應(yīng)力水平依然超過(guò)全局應(yīng)力約束值,但這并不影響優(yōu)化結(jié)果。若在優(yōu)化問(wèn)題中處理局部應(yīng)力集中問(wèn)題,一般采用詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的三大優(yōu)化方法,即尺寸優(yōu)化(size optimization),形狀優(yōu)化(shape optimization),自由形狀優(yōu)化(free shape optimization)以及這三者的結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行解決。在拓?fù)鋬?yōu)化的過(guò)程中,OptiStruct 將自動(dòng)忽略那些人工引入的應(yīng)力集中問(wèn)題,例如剛性連接(rigid connection),以及那些由于尖銳的幾何過(guò)渡導(dǎo)致的應(yīng)力集中問(wèn)題。

問(wèn)題四:在典型的航空/航天零部件產(chǎn)品:蒙皮+加強(qiáng)筋式的結(jié)構(gòu)中,執(zhí)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的順序是怎樣的?

解答:優(yōu)化設(shè)計(jì)分為概念設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。其中,概念設(shè)計(jì)階段包括拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)、形貌優(yōu)化設(shè)計(jì)和自由尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì);詳細(xì)設(shè)計(jì)階段包括尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)、自由尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)和形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)。在執(zhí)行優(yōu)化設(shè)計(jì)中,建議用戶(hù)先通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化(topology optimization)進(jìn)行加強(qiáng)筋布局優(yōu)化,然后通過(guò)尺寸優(yōu)化(size optimization),優(yōu)化蒙皮及加強(qiáng)筋厚度。

問(wèn)題五:在自由形狀優(yōu)化(free‐shape optimization)中,如何避免由于負(fù)雅各比值(negative jacobian)導(dǎo)致的求解失敗?

解答:事實(shí)上在自由形狀優(yōu)化的過(guò)程中,如果優(yōu)化問(wèn)題設(shè)置適當(dāng),是極少遭遇由于負(fù)雅各比值導(dǎo)致的迭代失敗的。以下是一些建議,以避免出現(xiàn)上述情況:

1)、在進(jìn)行優(yōu)化迭代之前,優(yōu)化網(wǎng)格質(zhì)量。

2)、在自由形狀優(yōu)化定義中,增大參數(shù) NSSMOOTH 的取值。

3)、為設(shè)計(jì)空間(design space)限制定義合理的取值。

4)、使用精確性?xún)?yōu)先(optimized for accuraty)方法。

問(wèn)題六:拓?fù)鋬?yōu)化是否對(duì)網(wǎng)格尺寸有特定的要求?

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

問(wèn)題七:有什么方法可以控制優(yōu)化迭代步長(zhǎng)(optimizationstep size)?

解答:用戶(hù)可以通過(guò)改變擾動(dòng)容限(move limits,即在每一步優(yōu)化迭代中允許設(shè)計(jì)變量擾動(dòng)的最大幅度)的方式控制優(yōu)化迭代步長(zhǎng)。在 OptiStruct 中,針對(duì)不同的優(yōu)化類(lèi)型,定義的方式有些許的不同。用戶(hù)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(duì)尺寸和形狀優(yōu)化問(wèn)題中的 DESVAR 卡片。在HyperMesh 用戶(hù)界面中,該功能的具體路徑為:ANALYSISPAGE‐optimization panel‐opticontrol

問(wèn)題八:如何進(jìn)行OptiStruct 重啟動(dòng)分析?

解答:如果希望繼續(xù)進(jìn)行一個(gè)已有的 OptiStruct 作業(yè),用戶(hù)需要提交兩個(gè)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(shí),設(shè)計(jì)變量的更改情況)。重啟動(dòng) OptiStruct中的restart進(jìn)行重新求解即可。

開(kāi)放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才