1、支撑肋的响应面优化分析摘要本算例采用基于响应面优化流程对一个零部件进行了多目标优化分析，设计参数为翼板尺寸、载荷F，目标为质量最小、变形最小，属于多目标优化，需要进行权衡分析。采用增强CCD法进行DOE采样，在此基础上采用Kriging法生成响应面模型，优化算法采用的扫掠法，样本点数设置为1000，得到了三个优化候选点与权衡图。案例描述下图零件的几何参数和载荷逐渐变化的时候，评估模型的变形与质量，目标是质量最小、变形最小（重要考虑因素）。案例描述该零件的几何变量为翼板尺寸；材料为ANSYS材料库中默认提供的钢材料，弹性模量为 2.110e5 MPa，泊松比为 0.3，密度是7.8510e-9
2、t/mm 3。零件受向下的力F=10000N，两个孔上固定约束，背部无摩擦约束，考虑在该工况下结构的变形、应力分布与安全系数。分别提取输入与输出参数，进行设计空间探索优化。3.1.启动 ANSYS Workbench，打开已有的分析文件（1）首先启动ANSYS Workbench环境。在【File】下拉菜单点击Restore Archive，打开分析文件压缩包“WS04_DX16_RSO.wbpz”，然后保存为“ws4-gdo.wbpj”文件（名称可自定义）。（2）打开该文件后，Workbench环境的起始界面，包含了一个静力分析的流程，如下图。另外还包含Parameter set，代表在该模
3、型中已经提取了一个输入参数。3.2.查看已有参数（1）该输入参数为几何参数，点击Geometry，右键-Edit Geometry in Design Modeler，既可打开DM用户界面。在DM界面中查看几何参数：点击SKECH15，查看提取的参数L20。3.3.启动静力分析流程，进入Mechanical界面查看设置（1）确定目前处于Workbench的起始界面【Project】，即“主页”。（2）打开ANSYS Mechanical模块：双击【Model】栏目，即打开ANSYS Mechanical模块的界面。（3）提取质量参数：点击左侧目录树中的Geometry，在几何细节栏中找到Pro
4、perties，点其前面的+号，找到Mass项，点击Mass前面的方框，既可提取出参数。3.3.启动静力分析流程，进入Mechanical界面查看设置（4）同理，分别提取Force、最大Equivalent Stress、最大Total Deformation以及最小Safety Factor。如下图：3.4.回到Project界面，查看已提取参数（1）返回Project界面，双击Parameter Set，打开参数管理界面。（2）可见输入参数为P1、P3，即尺寸与力参数；输出参数为P2、P4、P5、P6，分别为几何质量、最大等效应力、最大变形量与最小安全因子。3.5.采用响应面优化流程进行优
5、化分析（1）返回Project主界面，双击工具栏中的响应面优化，既可在Parameter Set下自动添加响应面优化流程。（2）右击Design of Experiments并选择编辑，打开DOE界面。3.5.采用响应面优化流程进行优化分析（3）在DOE界面中分别设置输入参数P1、P3的取值范围。如下图，点击P1，在其属性中设置上下边界，P3同理。3.5.采用响应面优化流程进行优化分析（4）点击右上方的Preview，可查看生成的设计点，采用默认设置自动生成了9个设计点。3.5.采用响应面优化流程进行优化分析（5）点击DOE，将设计类型改为Face Centered，模板类型变为增强型Enha
6、nced。3.5.采用响应面优化流程进行优化分析（6）点击右上方的Preview，查看新生成的设计点，可见，自动生成17个设计点；然后点击Update，进行DOE计算。（7）返回Project界面，点击界面右下角的Show Progress，可查看DOE分析进程。3.5.采用响应面优化流程进行优化分析（8）DOE计算完成之后，双击Project界面优化流程中的响应面，打开响应面界面。（9）点击响应面，将响应面类型改为Kriging，然后点击Update，生成响应面。3.5.采用响应面优化流程进行优化分析（10）响应面生成之后，点击Response，将图标模式设置为3D，并将Z轴改为最大变形，可
7、以查看3D响应面图。3.5.采用响应面优化流程进行优化分析（11）点击Local Sensitivity，查看局部敏度图。（12）返回Project界面，双击优化流程中的优化项，即可打开优化界面。3.5.采用响应面优化流程进行优化分析（13）在优化界面中，点击Optimization，将选择方法改为Manual，优化方法采用默认的Screening，将样本点改为1000。（14）点击Objectives and Constrains，设置优化目标为几何质量最小、最大变形最小。（采用下拉菜单方式选择）3.5.采用响应面优化流程进行优化分析（15）点击Update进行求解。（16）计算结束，点击R
8、esult，可查看优化候选点列表如下。3.6.优化分析结果查看（1）在优化界面选择权衡Tradeoff，设置样本点为16，查看权衡图，质量与变形是两个相反的目标，一般质量减少意味着变形增加。（2）选择第一个优化点，右键-Insert as Design point；然后返回Project界面，双击Parameter Set，打开参数管理界面，将插入的设计点设置为当前点，并更新。3.6.优化分析结果查看（3）返回Project界面，双击Solution，可打开Mechanical界面。3.6.优化分析结果查看（3）查看当前结果。分析小结本例题介绍了基于响应面优化流程，首先确定输入输出参数，然后通过DOE分析进行采样，生成响应面模型，在响应面模型基础上进行优化分析。由于响应面模型是近似模型，因此优化出来的结果需要在真实仿真中验证。DOE、响应面与优化都具有很多种算法以及多种后处理方式，感兴趣的话可以对不同的算法进行测试。
