1、第二章第二章参数化建模参数化建模第二章参数化建模M2-2第二章第二章参数化建模参数化建模ANSYS优化的基本要求优化的基本要求(拓朴优化除外拓朴优化除外)就是要将模型参数化。就是要将模型参数化。在此模型中在此模型中,我们要我们要:A.定义参数化模型定义参数化模型B.复习某些复习某些APDL语言基础语言基础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、二个课堂练习做一、二个课堂练习2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-2 第二章参数化建模A N S Y S 优化的基本要求(拓朴优M2-3参数化建模参数化建模A.
2、定义与目的定义与目的什么是参数化建模什么是参数化建模?用用参数参数(变量变量)而不是数字建立和分析的模型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就可建立和分析一个新的模型。H1H2H1A1A1A2A2A22023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-3 参数化建模A.定义与目的什么是参数化建模?H 1M2-4参数化建模参数化建模 定义与目的定义与目的ANSYS 不仅允许您对几何变量，而且还可对其他特征不仅允许您对几何变量，而且还可对其他特征“参数化参数化”，即：，即：材料特性材料特性 载荷载
3、荷 约束数约束数 最大纵向变形最大纵向变形 最低温度最低温度 最大应力最大应力2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-4 参数化建模定义与目的A N S Y S 不仅允许您对几何M2-5参数化建模参数化建模 定义与目的定义与目的基本要求是用作基本要求是用作 DV,SV,和和OBJ 的那些量必须参数化。的那些量必须参数化。例如：例如：如要体积最小如要体积最小(目标函数目标函数),则总体积必须作为一个参数。则总体积必须作为一个参数。如果高度如果高度 H1设为设计变量设为设计变量,则模型的几何参数必须建立一个则模型的几何参数必须建立一个 H1项。项。如果设计有一个压应
4、力如果设计有一个压应力(状态变量状态变量)的限制作为约束条件的限制作为约束条件,则则 最大压应最大压应力必须作为一个参数。力必须作为一个参数。2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-5 参数化建模定义与目的基本要求是用作 D V,S VM2-6参数化建模参数化建模 定义与目的定义与目的每次进行优化都要从参数化建模开始每次进行优化都要从参数化建模开始。参数化建模的参数化建模的“输出输出”是分析文件是分析文件,该文件作为优化程序的该文件作为优化程序的“输入输入”。分析文件分析文件搜寻设计域搜寻设计域进行优化设计进行优化设计初始设计初始设计参数化建模和加载参数化建模和
5、加载求解求解参数化结果参数化结果2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-6 参数化建模定义与目的每次进行优化都要从参数化建模M2-7参数化建模参数化建模 定义与目的定义与目的该该分析文件分析文件 包含完成参数化分析的包含完成参数化分析的 ANSYS 命令命令:建模建模 加载加载 求解求解 查看结果查看结果2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-7 参数化建模定义与目的该分析文件 包含完成参数化分M2-8参数化建模参数化建模 定义与目的定义与目的在分析文件中要注意在分析文件中要注意:犹如犹如.log 文件一样要将非重要命令文件一样要
6、将非重要命令(绘图绘图,列表列表,图形控制等图形控制等)移去。移去。把分析文件想象成优化必须要把分析文件想象成优化必须要“存储存储”的参数化模型的一种格式。的参数化模型的一种格式。优化程序多次执行分析文件优化程序多次执行分析文件,每次都用新的参数值。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因为参数化模型中的那些参数很重要,我们将首先复习我们将首先复习 一些一些 APDL 语语言的基本概念。言的基本概念。2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-8 参数化建模定义与目的在分析文件中要注意:2 0 2 2M2-9参数化建模参数化建模B.APDL 语言基础语
7、言基础什么是什么是APDL语言语言?APDL是是 ANSYS Parametric Design Language（ANSYS参数设参数设计语言）计语言）的缩写的缩写,一种脚本语言，可使模型参数化并使一般任务自动一种脚本语言，可使模型参数化并使一般任务自动化。化。用用 APDL语言语言,可以可以:用参数而不是数字输入模型尺寸用参数而不是数字输入模型尺寸,材料参数等。材料参数等。从从 ANSYS 数据库提取信息数据库提取信息,如接点坐标或最大应力值。如接点坐标或最大应力值。2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-9 参数化建模B.A P D L 语言基础什么是A
8、P D LM2-10参数化建模参数化建模 APDL语言基础语言基础用用APDL语言还可以语言还可以:在参数间进行数学运算。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。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）对最常用的命令或宏定义缩写字（快捷方式）。创建一个带创建一个带 if-then-else分支，分支，do-loops循环和用户提示的宏来执行循环和用户提示的宏来执行一系列的任务。一系列的任务。2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-1 0 参数化建模 A P D L 语言基础用A P D L 语言还可M2-11
9、参数化建模参数化建模 APDL语言基础语言基础本节本节,将只集中介绍将只集中介绍APDL语言的基本功能语言的基本功能:如何定义参数如何定义参数 如何使用参数如何使用参数 如何从如何从 ANSYS 数据库提取信息及如何用此信息给参数赋值数据库提取信息及如何用此信息给参数赋值 APDL语言的其他功能语言的其他功能,请参考请参考“APDL Programmers Guide.”2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-1 1 参数化建模 A P D L 语言基础本节,将只集中介M2-12参数化建模参数化建模-APDL 语言基础语言基础 定义参数定义参数要定义参数要定义参
10、数,用格式用格式Name=Value 可由输入窗键入或用标量参数对话框可由输入窗键入或用标量参数对话框(Utility Menu Parameters Scalar Parameters.)Name 为参数名为参数名,8个或更少字符个或更少字符 Value 可为一数可为一数,一个预定义的参数一个预定义的参数,一个数学函一个数学函数数,一个参数化表达式一个参数化表达式,或一个字符串。或一个字符串。2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-1 2 参数化建模-A P D L 语言基础 定义参数要定义M2-13参数化建模参数化建模-APDL 语言基础语言基础 参数定义参
11、数定义例如例如:inrad=2.5outrad=8.2numholes=4thick=outrad-inrade=2.7e6density=0.283bb=cos(30)pi=acos(-1)g=386massdens=density/gcircumf=2*pi*radarea=pi*r*2dist=sqrt(y2-y1)*2+(x2-x1)*2)slope=(y2-y1)/(x2-x1)theta=atan(slope)jobname=proj12023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-1 3 参数化建模-A P D L 语言基础 参数定义M2-14参数化建模参
12、数化建模-APDL 语言基础语言基础 参数定义参数定义一些命名规则一些命名规则:参数名必须是由字母开头的参数名必须是由字母开头的8个或个或8个以下字符的组合。个以下字符的组合。只允许字母只允许字母,数字数字,和下划线和下划线“_”。避免下划线避免下划线 _ 作为起始字符存给作为起始字符存给 ANSYS 使用。使用。参数名参数名不不分分大小写大小写,即即,“RAD”和和“Rad”是相同的。所有参数是相同的。所有参数 内内部都是以大写形式存储的。部都是以大写形式存储的。避免使用通用的避免使用通用的 ANSYS 标号，标号，诸如诸如 STAT,DEFA,和和ALL。2023年年1月月1日日设计优化设
13、计优化-Release 12.1M2-1 4 参数化建模-A P D L 语言基础 参数定义M2-15参数化建模参数化建模-APDL 语言基础语言基础 使用参数使用参数要要 使用使用 一个参数一个参数,只要在对话框中或在命令中相应的域处输入他的只要在对话框中或在命令中相应的域处输入他的名字。名字。例如例如,要定义一个矩形可用参数要定义一个矩形可用参数 w=10 和和 h=5,可用菜单可用菜单:Preprocessor Create Rectangle By 2 Corners+或命令或命令:/prep7blc4,w,h2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-1
14、5 参数化建模-A P D L 语言基础 使用参数M2-16参数化建模参数化建模-APDL 语言基础语言基础 使用参数使用参数注意注意:当使用一个参数时当使用一个参数时,ANSYS 立即替换其值立即替换其值。前例中的矩形是以前例中的矩形是以 10 x5 的面积的面积,而不是作为而不是作为 w x h保存的保存的。也就是也就是说说,当矩形产生后，如果要改变当矩形产生后，如果要改变w 或或 h的值的值,此面积不会被改变此面积不会被改变。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(即分析文即分析文件件)的形式存贮参数化模型的理由。的形式存贮参
15、数化模型的理由。2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-1 6 参数化建模-A P D L 语言基础 使用参数M2-17参数化建模参数化建模-APDL 语言基础语言基础 使用参数使用参数使用参数的其他例子使用参数的其他例子:jobname=proj1/filnam,jobname!作业名/prep7ex=30e6mp,ex,1,ex!杨氏模量force=500fk,2,fy,-force!作用在 KP 2点的力fk,6,fx,force/2!作用在 KP 6点的力2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-1 7 参数化建模-A P
16、D L 语言基础 使用参数M2-18参数化建模参数化建模-APDL 语言基础语言基础 获取数据库信息获取数据库信息数据库信息的获取和给参数赋值数据库信息的获取和给参数赋值,可用可用*GET 命令，命令，或或 Utility Menu Parameters Get Scalar Data.有大量的信息有大量的信息,包括模型和结果数据包括模型和结果数据。详见详见*GET 命令的描述。命令的描述。2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-1 8 参数化建模-A P D L 语言基础 获取数据M2-19参数化建模参数化建模-APDL 语言基础语言基础 获取数据库信息获取数
17、据库信息例如例如:*get,x1,node,1,loc,x!x1=X coordinate of node 1 CSYS*/post1*get,sx25,node,25,s,x!sx25=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 sortetable,vol,volu!Store element volumes
18、 as volssum!Sum all element table columns*get,totvol,ssum,vol!totvol=sum of vol column*CSYS=在激活的坐标系中在激活的坐标系中(CSYS)RSYS=在激活的结果坐标系中在激活的结果坐标系中(RSYS)2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-1 9 参数化建模-A P D L 语言基础 获取数据库M2-20参数化建模参数化建模-APDL 语言基础语言基础 获取数据库信息获取数据库信息有些数据可用有些数据可用 get 函数获取函数获取 例如例如:x1=nx(1)!x1=接点 1
19、 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/post1ux25=ux(25)!ux25=接点25 RSYS*处的UXtemp93=temp(93)!temp93=93接点的温度width=distnd(23,88)!width=23 和 88 接点间的距离*CSYS=在激活的坐标系中在激活的坐标系中(CSYS)RSYS=在激活的结果坐标系中在激活的结果坐标系中(RSYS)2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-2 0 参数化建模-A P D L 语言基础 获取数据库M2-21参数化建模参数化建模-A
20、PDL 语言基础语言基础 获取数据库信息获取数据库信息可在一个字段处直接用可在一个字段处直接用 get 函数函数,就象一个参数一样就象一个参数一样.例如例如: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=在激活的坐标系中在激活的坐标系中(CSYS)2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-2 1 参数化建模-A P D L 语言基础 获取数据库M2-22参数化建模参数化建模-A
21、PDL 语言基础语言基础 获取数据库信息获取数据库信息APDL 语言小结语言小结:定义参数可用格式：定义参数可用格式：Name=Value.Value 可以是一个数可以是一个数,一个预先定义的参数一个预先定义的参数,一个数学函数一个数学函数,一个一个 参数参数表达式表达式,或一个字符串。或一个字符串。可用可用*GET命令命令 或或 get 函数从函数从ANSYS 数据库中获取数据数据库中获取数据.从从 ANSYS 存储数据的实际格式中获取数据存储数据的实际格式中获取数据(数字或字串数字或字串),不用参数名不用参数名的形式的形式.2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1
22、M2-2 2 参数化建模-A P D L 语言基础 获取数据库M2-23参数化建模参数化建模C.过程过程/指导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 与与通常的通常的 ANSYS 分析没有什么两样分析没有什么两样:1.定义参数定义参数2.在需要的地方用参数建立模型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求的数据查看结果和参数化要求的数据5.建立分析文件建立分析文件2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-2 3 参数
23、化建模C.过程/指导一个参数化模型建M2-24参数化建模参数化建模 过程过程/指导指导第第1步步-定义参数定义参数用标准格式用标准格式 Name=Value 定义参数定义参数,可在输入窗中或在标量参数对话框中可在输入窗中或在标量参数对话框中进行进行(Utility Menu Parameters Scalar Parameters.)。在这一步中，无须定义所有的参数在这一步中，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可将所有参数的定义放在以后的编辑中轻易地一起进行中轻易地一起进行 (如有必要的话如有必要的话)。用作用作 DVs的参数，其值的定义只用于初始设计。的参数，其值的定义只用
24、于初始设计。2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-2 4 参数化建模过程/指导第1 步-定义参数2M2-25参数化建模参数化建模 过程过程/指导指导第第2,3步步-用参数建模用参数建模,分网和加载分网和加载在需要的地方用参数而不是数字建模。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特别是在布尔操作后。要用选择逻辑，组件名，或。要用选择逻辑，组件名，或 get 函数。函数。注意注意:图形检出器总是要在命令中加入实体号图形检出器总是要在命令中加入实体号，即使用即使用“Pic
25、k All”命令或键入一个参数名也是如此。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。2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-2 5 参数化建模过程/指导第2,3 步-用参数M2-26参数化建模参数化建模 过程过程/指导指导例如例如,不不推荐在参数化模型中使用以下方法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除非是非常简单的情况):SFL,4,PRES,500!压力加在压力加在 4号线上号线上
26、F,32,FY,-7500!力加在力加在 32节点处节点处而要而要,使用选择逻辑或使用选择逻辑或 get 函数函数:LSEL,S,LOC,!由位置选线由位置选线SFL,ALL,PRES,500!在所有选择线上加压力在所有选择线上加压力LSEL,ALLF,NODE(1.5,3,0),FY,-7500 !由由 get函数得到节点号函数得到节点号2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-2 6 参数化建模过程/指导例如,不推荐在参数M2-27H1H2A1,A2,A3参数化建模参数化建模 过程过程/指导指导记住：记住：你可以用参数化表达式你可以用参数化表达式 和和/或或
27、if-then-else 分支来修改参数分支来修改参数。例如例如:如直径如直径diameter定义为一个参数定义为一个参数,在用在用 CYLIND 或或 CYL4 命令时，可命令时，可以用以用 diameter/2来定义一个圆柱体。来定义一个圆柱体。如果构架桥用如果构架桥用1/2对称法建模对称法建模,对称平面上的纵杆横截面积应为对称平面上的纵杆横截面积应为 A2/2.2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-2 7 H 1 H 2 A 1,A 2,A 3 参数化建模过程/M2-28参数化建模参数化建模 过程过程/指导指导 如果在一个壳模型中，厚度如果在一个壳模型中
28、，厚度 thk 定义为参数，定义为参数，且只有三个壳厚可用且只有三个壳厚可用 (即即,1/8”,3/16”,1/4”),则可有如下则可有如下 if-then-else 结构结构:et,1,63!壳单元类型*if,thk,lt,2.5/16,then thk=1/8!用 1/8 if thk 3.5/16*else thk=3/16!否则用 3/16*endifr,1,thk!定义壳厚2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-2 8 参数化建模过程/指导如果在一个壳模型中，厚M2-29参数化建模参数化建模 过程过程/指导指导第第4步步-结果的参数化结果的参数化这就是
29、说要获得结果数据并以参数化形式保存。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通常用通用前处理器 POST1来完成。来完成。结果数据结果数据,如，最大变形如，最大变形,最大冯最大冯-密塞斯应力密塞斯应力,和总体积和总体积,是状态变量是状态变量和目标函数的典型用例和目标函数的典型用例。用用*GET 命令命令(Utility Menu Parameters Get Scalar Data.)或 get 函数来获取结果数据。2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-2 9 参数化建模过程/指导第4 步-结果的参数M2-30参数化建模参数化建模 过程过程
30、/指导指导第第5步步-创建分析文件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。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。优化程序用其进行多个设计方案的循环。分析文件分析文件搜寻设计域搜寻设计域进行优化设计进行优化设计初始设计初始设计参数化建模和加载参数化建模和加载求解求解参数化结果参数化结果2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-3 0 参数化建模过程/指导第5 步-创建分析文M2-31参数化建模参数化建模 过程过程/指导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分析文件中的命令流紧跟
31、在用以建立和分析参数化模型的过程之后:参数定义参数定义(给初值给初值)几何定义命令几何定义命令 分网命令分网命令 加载和加边界条件命令加载和加边界条件命令 求解命令求解命令 获取结果命令获取结果命令2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-3 1 参数化建模过程/指导分析文件中的命令流紧跟M2-32参数化建模参数化建模 过程过程/指导指导有两种方法建立分析文件有两种方法建立分析文件:“倒出倒出”存于存于ANSYS 数据库中的数据库中的log命令命令 编辑一个编辑一个 log 文件文件(jobname.log).本讲座将集中介绍其中的第一种方法本讲座将集中介绍其中的
32、第一种方法2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-3 2 参数化建模过程/指导有两种方法建立分析文件M2-33参数化建模参数化建模 过程过程/指导指导要要“倒出倒出”存于存于ANSYS 数据库中的数据库中的log命令命令,选择选择 Utility Menu File Write DB Log File(LGWRITE 命令命令).缺省文件名是：缺省文件名是：jobname.lgw.可以只写重要命令；也可以将可以只写重要命令；也可以将非重要命令，如非重要命令，如(plots,lists 等等)同时写入。同时写入。2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Relea
33、se 12.1M2-3 3 参数化建模过程/指导要“倒出”存于A N SM2-34参数化建模参数化建模 过程过程/指导指导可以用文字编辑程序来编辑分析文件，并可以用文字编辑程序来编辑分析文件，并:加入一些由加入一些由!字符开头的注解语句。字符开头的注解语句。任何在任何在!之后的文字，之后的文字，ANSYS 都作为注解而予以忽略。都作为注解而予以忽略。加入一些如加入一些如 EPLOT 的绘图命令和绘制云图的命令的绘图命令和绘制云图的命令(PLNSOL,)。这样这样,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。过程。2023
34、年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-3 4 参数化建模过程/指导可以用文字编辑程序来编M2-35参数化建模参数化建模 过程过程/指导指导要要 测试测试 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。要测试该分析文件要测试该分析文件,只要在只要在ANSYS重新开始时输入并执行此文件重新开始时输入并执行此文件 用用/INPUT 命令命令 或或 Utility Menu File Read Input from2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-3 5 参数化建模过程/指导要
35、测试 分析文件，并M2-36参数化建模参数化建模小结小结以分析文件形式保存的一个参数化模型以分析文件形式保存的一个参数化模型,是是ANSYS设计优化所设计优化所 必须必须的的APDL 语言参数是用来建立和分析该参数化模型的。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分析文件一般包括这些命令:初始化参数值初始化参数值 集合建模和分网集合建模和分网 施加边界条件和载荷，并求解施加边界条件和载荷，并求解 查看结果和获得结果数据查看结果和获得结果数据2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-3 6 参数化建模小结以分析文件形式保存的一个参数化模型M2
36、-37参数化建模参数化建模D.练习练习本练习包括两个问题本练习包括两个问题:1.一个轴对称转盘参数化建模一个轴对称转盘参数化建模 对过程的每步逐一介绍对过程的每步逐一介绍 你可以自己动手解决这一问题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对过程的大部分步骤逐一介绍详见设计优化练习附录详见设计优化练习附录。2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-3 7 参数化建模D.练习本练习包括两个问题:2 0 2M2-38备注备注2023年年1月月1日日设计优化设计优化-Release 12.1M2-3 8 备注2 0 2 2 年1 0 月9 日设计优化-R e l e a s
