第二章参数化建模.ppt

1、第二章 参数化建模,M2-2,第二章 参数化建模,ANSYS优化的基本要求 (拓朴优化除外) 就是要将模型参数化。 在此模型中, 我们要: A. 定义参数化模型 B. 复习某些APDL语言基础 C. 按要求建立一个参数化模型并建立一个分析文件 D. 做一、二个课堂练习,M2-3,参数化建模 A. 定义与目的,什么是参数化建模? 用参数 (变量) 而不是数字建立和分析的模型 通过简单地改变模型中的某些参数值, 就可建立和分析一个新的模型。,H1,H2,H1,A1,A1,A2,A2,A2,M2-4,参数化建模 定义与目的,ANSYS 不仅允许你对几何变量，而且还可对其他特征“参数化” ，即：材料特

2、性 载荷 约束数 最大纵向变形 最低温度 最大应力,M2-5,参数化建模 定义与目的,基本要求是用作 DV, SV, 和OBJ 的那些量必须参数化。例如： 如要体积最小 (目标函数), 则总体积必须作为一个参数。 如果高度 H1设为设计变量, 则模型的几何参数必须建立一个 H1项。 如果设计有一个压应力 (状态变量)的限制作为约束条件, 则 最大压应力必须作为一个参数。,M2-6,参数化建模 定义与目的,每次进行优化都要从参数化建模开始。 参数化建模的 “输出” 是分析文件, 该文件作为优化程序的“输入” 。,分析文件,搜寻设计域,进行优化设计,初始设计,参数化建模和加载,求解,参数化结果,M

3、2-7,参数化建模 定义与目的,该分析文件 包含完成参数化分析的 ANSYS 命令 :建模 加载 求解 查看结果,M2-8,参数化建模 定义与目的,在分析文件中要注意: 犹如 .log 文件一样要将非重要命令 (绘图, 列表, 图形控制等) 移去。 把分析文件想象成优化必须要“存储”的参数化模型的一种格式。 优化程序多次执行分析文件, 每次都用新的参数值。 因为参数化模型中的那些参数很重要, 我们将首先复习 一些 APDL 语言的基本概念。,M2-9,参数化建模 B. APDL 语言基础,什么是APDL语言? APDL是 ANSYS Parametric Design Language（ANS

4、YS参数设计语言）的缩写, 一种脚本语言，可使模型参数化并使一般任务自动化。 用 APDL语言, 可以: 用参数而不是数字输入模型尺寸, 材料参数等。 从 ANSYS 数据库提取信息, 如接点坐标或最大应力值。,M2-10,参数化建模 APDL语言基础,用APDL语言还可以: 在参数间进行数学运算。 用数组参数创建向量和矩阵并对其操作。 对最常用的命令或宏定义缩写字（快捷方式） 。 创建一个带 if-then-else分支，do-loops循环和用户提示的宏来执行一系列的任务。,M2-11,参数化建模 APDL语言基础,本节, 将只集中介绍APDL语言的基本功能: 如何定义参数 如何使用参数

5、如何从 ANSYS 数据库提取信息及如何用此信息给参数赋值 APDL语言的其他功能, 请参考“APDL Programmers Guide.”,M2-12,参数化建模- APDL 语言基础 定义参数,要定义参数, 用格式 Name=Value 可由输入窗键入或用标量参数对话框 (Utility Menu Parameters Scalar Parameters.) Name 为参数名, 8个或更少字符 Value 可为一数, 一个预定义的参数, 一个数学函数, 一个参数化表达式, 或一个字符串。,M2-13,参数化建模 - APDL 语言基础 参数定义,例如: inrad=2.5 outrad

6、=8.2 numholes=4 thick=outrad-inrad e=2.7e6 density=0.283 bb=cos(30) pi=acos(-1),g=386 massdens=density/g circumf=2*pi*rad area=pi*r*2 dist=sqrt(y2-y1)*2+(x2-x1)*2) slope=(y2-y1)/(x2-x1) theta=atan(slope) jobname=proj1,M2-14,参数化建模 - APDL 语言基础 参数定义,一些命名规则: 参数名必须是由字母开头的8个或8个以下字符的组合。 只允许字母, 数字, 和下划线“ _”

7、 。 避免下划线 _ 作为起始字符存给 ANSYS 使用。 参数名不分大小写, 即, “RAD” 和 “Rad” 是相同的。所有参数 内部都是以大写形式存储的。 避免使用通用的 ANSYS 标号， 诸如 STAT, DEFA, 和ALL。,M2-15,参数化建模 - APDL 语言基础 使用参数,要 使用 一个参数, 只要在对话框中或在命令中相应的域处输入他的名字。 例如, 要定义一个矩形可用参数 w=10 和 h=5, 可用菜单: Preprocessor Create Rectangle By 2 Corners + 或命令: /prep7 blc4,w,h,M2-16,参数化建模 - A

8、PDL 语言基础 使用参数,注意:当使用一个参数时, ANSYS 立即替换其值 。 前例中的矩形是以 10x5 的面积, 而不是作为 w x h保存的。也就是说, 当矩形产生后，如果要改变w 或 h的值, 此面积不会被改变 。 大多数参数是会被替换的，这也就是为什么要用命令文件 (即分析文件)的形式存贮参数化模型的理由。,M2-17,参数化建模 - APDL 语言基础 使用参数,使用参数的其他例子: jobname=proj1 /filnam,jobname ! 作业名 /prep7 ex=30e6 mp,ex,1,ex ! 杨氏模量 force=500 fk,2,fy,-force ! 作用

9、在 KP 2点的力 fk,6,fx,force/2 ! 作用在 KP 6点的力,M2-18,参数化建模 - APDL 语言基础 获取数据库信息,数据库信息的获取和给参数赋值, 可用 *GET 命令， 或 Utility Menu Parameters Get Scalar Data. 有大量的信息,包括模型和结果数据。详见 *GET 命令的描述。,M2-19,参数化建模 - APDL 语言基础 获取数据库信息,例如: *get,x1,node,1,loc,x ! x1 = X coordinate of node 1 CSYS* /post1 *get,sx25,node,25,s,x ! s

10、x25 = X stress at node 25 RSYS* *get,uz44,node,44,u,z ! uz44 = UZ displacement at node 44 RSYS* nsort,s,eqv ! Sort nodes by von Mises stress *get,smax,sort,max ! smax = maximum of last sort etable,vol,volu ! Store element volumes as vol ssum ! Sum all element table columns *get,totvol,ssum,vol ! tot

11、vol = sum of vol column*CSYS = 在激活的坐标系中 (CSYS)RSYS =在激活的结果坐标系中(RSYS),M2-20,参数化建模 - APDL 语言基础 获取数据库信息,有些数据可用 get 函数获取 例如: x1=nx(1) ! x1 = 接点 1 CSYS* 处的X坐标 nn=node(2.5,3,0) ! nn = 在 (2.5,3,0) CSYS*或临近处的接点 /post1 ux25=ux(25) ! ux25 = 接点25 RSYS*处的UX temp93=temp(93) ! temp93 = 93接点的温度 width=distnd(23,88)

12、 ! width = 23 和 88 接点间的距离*CSYS =在激活的坐标系中(CSYS)RSYS =在激活的结果坐标系中(RSYS),M2-21,参数化建模 - APDL 语言基础 获取数据库信息,可在一个字段处直接用 get 函数, 就象一个参数一样. 例如: k,10,kx(1),ky(3) ! KP 10 用 KP 1处的X值，KP 3处的Y值 CSYS* k,11,kx(1)*2,ky(3) ! CSYS* f,node(2,2,0),fx,100 ! 接点(2,2,0) CSYS* 处的力FX*CSYS =在激活的坐标系中(CSYS),M2-22,参数化建模 - APDL 语言基

13、础 获取数据库信息,APDL 语言小结: 定义参数可用格式： Name=Value. Value 可以是一个数, 一个预先定义的参数, 一个数学函数, 一个 参数表达式, 或一个字符串。 可用 *GET命令 或 get 函数从ANSYS 数据库中获取数据. 从 ANSYS 存储数据的实际格式中获取数据 (数字或字串), 不用参数名的形式.,M2-23,参数化建模 C. 过程 / 指导,一个参数化模型建立和分析的过程除在需要的地方使用参数之外 与通常的 ANSYS 分析没有什么两样: 1. 定义参数 2. 在需要的地方用参数建立模型 3. 加载并在需要的地方使用参数求解 4. 查看结果和参数化要

14、求的数据 5. 建立分析文件,M2-24,参数化建模 过程 / 指导,第1步 - 定义参数 用标准格式 Name=Value 定义参数, 可在输入窗中或在标量参数对话框中进行 (Utility Menu Parameters Scalar Parameters.)。 在这一步中，无须定义所有的参数, 可将所有参数的定义放在以后的编辑中轻易地一起进行 (如有必要的话)。 用作 DVs的参数，其值的定义只用于初始设计。,M2-25,参数化建模 过程 / 指导,第2,3步 - 用参数建模, 分网和加载 在需要的地方用参数而不是数字建模。 建模和加载要避免使用交互图形或实体号操作, 特别是在布尔操作后

15、。要用选择逻辑，组件名，或 get 函数。注意: 图形检出器总是要在命令中加入实体号， 即使用 “Pick All” 命令或键入一个参数名也是如此。 因为实体号在优化过程中会改变, 所以最好避免在参数化建模的时候使用图形检出的方法来选取实体。,M2-26,参数化建模 过程 / 指导,例如, 不推荐在参数化模型中使用以下方法 (除非是非常简单的情况): SFL,4,PRES,500 ! 压力加在 4号线上 F,32,FY,-7500 ! 力加在 32节点处而要, 使用选择逻辑或 get 函数: LSEL,S,LOC, ! 由位置选线 SFL,ALL,PRES,500 ! 在所有选择线上加压力 L

16、SEL,ALL F,NODE(1.5,3,0),FY,-7500 ! 由 get函数得到节点号,M2-27,参数化建模 过程 / 指导,记住： 你可以用参数化表达式 和/或 if-then-else 分支来修改参数。 例如: 如直径diameter定义为一个参数, 在用 CYLIND 或 CYL4 命令时，可以用 diameter/2来定义一个圆柱体。 如果构架桥用1/2对称法建模, 对称平面上的纵杆横截面积应为 A2/2.,M2-28,参数化建模 过程 / 指导,如果在一个壳模型中，厚度 thk 定义为参数， 且只有三个壳厚可用 (即, 1/8”, 3/16”, 1/4”), 则可有如下 i

17、f-then-else 结构: et,1,63 ! 壳单元类型 *if,thk,lt,2.5/16,thenthk=1/8 ! 用 1/8 if thk 3.5/16 *elsethk=3/16 ! 否则用 3/16 *endif r,1,thk ! 定义壳厚,M2-29,参数化建模 过程 / 指导,第4步 - 结果的参数化 这就是说要获得结果数据并以参数化形式保存。 通常用通用前处理器 POST1来完成。 结果数据, 如，最大变形, 最大冯-密塞斯应力, 和总体积, 是状态变量和目标函数的典型用例。 用 *GET 命令 (Utility Menu Parameters Get Scalar

18、Data.) 或 get 函数来获取结果数据。,M2-30,参数化建模 过程 / 指导,第5步 - 创建分析文件 分析文件包括用于建立和分析参数化模型的输入命令。 优化程序用其进行多个设计方案的循环。,分析文件,搜寻设计域,进行优化设计,初始设计,参数化建模和加载,求解,参数化结果,M2-31,参数化建模 过程 / 指导,分析文件中的命令流紧跟在用以建立和分析参数化模型的过程之后: 参数定义 (给初值) 几何定义命令 分网命令 加载和加边界条件命令 求解命令 获取结果命令,M2-32,参数化建模 过程 / 指导,有两种方法建立分析文件: “倒出” 存于ANSYS 数据库中的log命令 编辑一个

19、 log 文件 (jobname.log).本讲座将集中介绍其中的第一种方法,M2-33,参数化建模 过程 / 指导,要“倒出” 存于ANSYS 数据库中的log命令, 选择 Utility Menu File Write DB Log File (LGWRITE 命令).,缺省文件名是： jobname.lgw. 可以只写重要命令；也可以将非重要命令，如 (plots, lists 等) 同时写入。,M2-34,参数化建模 过程 / 指导,可以用文字编辑程序来编辑分析文件，并: 加入一些由 ! 字符开头的注解语句。 任何在 ! 之后的文字，ANSYS 都作为注解而予以忽略。 加入一些如 EP

20、LOT 的绘图命令和绘制云图的命令 (PLNSOL,)。这样, 当你交互运行优化程序时，可以看到模型由初始设计逐个改变的过程。,M2-35,参数化建模 过程 / 指导,要 测试 分析文件，并确认该文件没有引起错误或产生不真实的模型。 要测试该分析文件, 只要在ANSYS重新开始时输入并执行此文件 用 /INPUT 命令 或 Utility Menu File Read Input from,M2-36,参数化建模 小结,以分析文件形式保存的一个参数化模型, 是ANSYS设计优化所 必须的 APDL 语言参数是用来建立和分析该参数化模型的。 分析文件一般包括这些命令: 初始化参数值 集合建模和分网 施加边界条件和载荷，并求解 查看结果和获得结果数据,M2-37,参数化建模 D. 练习,本练习包括两个问题: 1. 一个轴对称转盘参数化建模对过程的每步逐一介绍你可以自己动手解决这一问题, 也可以由导师演示整个过程 2. 一个六角形钢板的参数化建模对过程的大部分步骤逐一介绍详见设计优化练习附录。,M2-38,备注,