搜索軟件案例|SolidWorks Simulation優(yōu)化分析
2016-11-06 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
優(yōu)化軟件有很多,各有各的特長。今天小編帶大家了解一下solidworks的優(yōu)化模塊。
在具競爭相當(dāng)激烈的工業(yè)界,產(chǎn)品開發(fā)及降低成本已嚴(yán)然成為各企業(yè)主所最關(guān)心的事項(xiàng)。產(chǎn)品開發(fā)需要在功能性、安全、便利及外觀等各方面考慮下,方能謂之優(yōu)化的產(chǎn)品。有了優(yōu)化的產(chǎn)品后進(jìn)一步要去思考如何降低成本,這往往都是工程師最頭痛的一個(gè)議題。
例如設(shè)計(jì)主管看到分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),減少板材長度可以降低采購成本,除了一些富有相當(dāng)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者會(huì)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則設(shè)計(jì)(try and error);到底要減少多少才是一個(gè)優(yōu)化的數(shù)據(jù),筆者猜想設(shè)計(jì)工程師一定會(huì)相當(dāng)?shù)睦_,甚至不知該如何回答這個(gè)問題。
常常有人在問道,何謂優(yōu)化設(shè)計(jì)(Optimization Design)?
優(yōu)化系指在產(chǎn)品開發(fā)過程中透過計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算,協(xié)助設(shè)計(jì)者在許多限制和條件相互沖突的環(huán)境下,自動(dòng)化搜尋最佳求解的作業(yè)。例如,您可能決定哪些尺寸數(shù)據(jù)組合,優(yōu)化設(shè)計(jì)會(huì)利用CAD 軟件的尺寸參數(shù)為基礎(chǔ),以尋求在應(yīng)力不會(huì)超過限制范圍內(nèi)的最低材料用量,亦為降低制造成本的可靠方法。
本次主題將介紹設(shè)計(jì)工程師在進(jìn)行此類測試時(shí)的操作流程及結(jié)果判讀與運(yùn)用。
優(yōu)化設(shè)計(jì)的流程
優(yōu)化專題的操作步驟:
a、定義并執(zhí)行初始專題
b、評估初始分析專題的結(jié)果
c、定義優(yōu)化專題目標(biāo)
d、定義設(shè)計(jì)變量
e、定義限制條件
f、執(zhí)行分析
g、檢視優(yōu)化結(jié)果
在執(zhí)行優(yōu)化專題前必需先進(jìn)行初始專題的設(shè)定及求解,在每個(gè)優(yōu)化循環(huán)過程中,優(yōu)化專題會(huì)依照修改后的尺寸執(zhí)行初始專題。初始專題的類型包含了靜態(tài)分析、頻率分析、挫曲分析、熱分析等,至于所需的初始專題為何種分析類型,這個(gè)需要依照目標(biāo)函數(shù)及限制條件為何而定。例如,用來將體積或重量最小化的目標(biāo)函數(shù)不限于使用特定類型的初始專題,但是用來將頻率最小化的目標(biāo)函數(shù)則必須使用初始頻率專題。
2評估初始分析專題的結(jié)果
檢視此初始專題的受力狀況及安全系數(shù)值為何,由此結(jié)構(gòu)來看安全系數(shù)為6.5倍,亦指此產(chǎn)品的設(shè)計(jì)還能有改善的空間;假如公司規(guī)范為2倍以上的安全系數(shù),在結(jié)構(gòu)用料上可減輕產(chǎn)品的重量來降低成本,因此可藉由COSMSOWorks的優(yōu)化分析的工具,來達(dá)到即符合成本觀的最佳設(shè)計(jì)。
3 定義優(yōu)化目標(biāo)
在優(yōu)化過程中,目標(biāo)系定義優(yōu)化程序所追求的目標(biāo)。定義種類包括使用者指定質(zhì)量或體積最小化、頻率最小化或最大化、挫曲負(fù)載系數(shù)最大化等類型。
很多使用者會(huì)認(rèn)定質(zhì)量最小化一定等于體積最小化,那是在相同材質(zhì)底下分析才適當(dāng);不過大多組合件的分析,因各個(gè)零件是以不同密度的材料構(gòu)成,則體積最小化未必等于質(zhì)量最小化。
4定義設(shè)計(jì)變量
工程師設(shè)計(jì)產(chǎn)品過程當(dāng)中有許多的設(shè)計(jì)想法,卻不知如何設(shè)計(jì)才是最佳的數(shù)值參數(shù);如肋材厚度、物件長度、圓角大小等。用戶可透過SolidWorks內(nèi)模型尺寸大小,取合理的上限、下限的數(shù)值來當(dāng)作設(shè)計(jì)的變量,計(jì)算機(jī)程序會(huì)根據(jù)指定范圍來執(zhí)行所有的初始專題。在優(yōu)化專題設(shè)定時(shí),軟件系根據(jù)質(zhì)量等級和設(shè)計(jì)變量的數(shù)量來執(zhí)行一連串的迭代運(yùn)算,每個(gè)優(yōu)化的專題最多可指定20個(gè)設(shè)計(jì)變數(shù)。
5限制條件
在求解過程中軟件會(huì)依據(jù)目標(biāo)來決定設(shè)計(jì)變量,軟件在決定設(shè)計(jì)變量時(shí)需先加入限制條件,這樣子軟件計(jì)算出來的數(shù)值才是最優(yōu)化的數(shù)據(jù)。如允許應(yīng)力、應(yīng)變、位移、挫曲負(fù)載系數(shù)、頻率、溫度等的上下限之間的值。一個(gè)優(yōu)化專題中最多可定義60 項(xiàng)限制條件,與初始專題所互相對應(yīng)的限制條件如下:
適用于靜態(tài)專題:節(jié)點(diǎn)或元素應(yīng)力、應(yīng)變或位移
適用于挫曲專題:1~10 的挫曲負(fù)載系數(shù)
適用于頻率專題:1~10 的共振頻率
適用于熱專題:溫度、溫度梯度或熱通量
其定義限制條件如圖6所示,需依序定義:
定義回應(yīng)的分析類型(如:靜態(tài)、頻率、挫曲、熱)。
定義結(jié)果類型的選擇(如:應(yīng)力、位移、頻率等)。
定義結(jié)果類型的細(xì)目(等效應(yīng)力、合位移、第一個(gè)模態(tài)頻率等)。
定義結(jié)果類型細(xì)目上、下限值。
設(shè)定好目標(biāo)、設(shè)計(jì)變量及限制條件后便可執(zhí)行分析,在每次分析的循環(huán)過程中,程序會(huì)擷取相對應(yīng)的變量尺寸,利用參數(shù)、特征化的塑模方式以及自動(dòng)化重新生成能力進(jìn)行分析試驗(yàn),直到判斷達(dá)到收斂或達(dá)到設(shè)定的最大迭代次數(shù)為止。
7繪制優(yōu)化分析結(jié)果
執(zhí)行優(yōu)化專題后,軟件會(huì)根據(jù)默認(rèn)選項(xiàng)或現(xiàn)有的結(jié)果模板,自動(dòng)在COSMOS AnalysisManager 樹狀結(jié)構(gòu)中建立下列三種結(jié)果圖示:
(1)定義設(shè)計(jì)周期結(jié)構(gòu)
可藉由此選項(xiàng)檢視每次迭代計(jì)算時(shí)所對應(yīng)到的尺寸大小,亦可配合SolidWizard的物質(zhì)特性工具查看模型的體積或重量經(jīng)過優(yōu)化后的差異。查看圖10所示,最初設(shè)計(jì)質(zhì)量為10.363lb,最佳設(shè)計(jì)質(zhì)量為8.655lb,減輕了16.48%的質(zhì)量。若要觀察優(yōu)化后所求的應(yīng)力、位移、安全系數(shù)分布圖可回到初始專題,初始專題內(nèi)的結(jié)果圖表會(huì)亦同步更新。
(2)定義設(shè)計(jì)歷程圖表
在圖表中標(biāo)明目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計(jì)變量或設(shè)計(jì)限制對設(shè)計(jì)周期(優(yōu)化循環(huán))在迭化運(yùn)算過程中的收斂狀況(圖12)。如圖表13所示,x軸代表優(yōu)化設(shè)計(jì)次數(shù),y軸代表設(shè)計(jì)組對各設(shè)計(jì)變量求得結(jié)果,曲線代表著在設(shè)計(jì)周期內(nèi)各設(shè)計(jì)變量的變化。
(3)定義局部趨勢圖表
在圖表中標(biāo)明設(shè)計(jì)變量對目標(biāo)函數(shù)或限制條件之間的關(guān)系(圖14)。如圖表x軸代表設(shè)計(jì)變量,y軸代表目標(biāo)函數(shù)(質(zhì)量),曲線代表者不同尺寸大小對質(zhì)量的變化。(圖15)
由優(yōu)化專題所產(chǎn)生的尺寸,在實(shí)際制造上未必可行。您可能需要舍入設(shè)計(jì)變量以符合制造標(biāo)準(zhǔn),并檢查最終模型以確認(rèn)所有的限制是否還在要求的范圍內(nèi)。藉由此篇文章幫助您在使用軟件時(shí)能更得心應(yīng)手,設(shè)計(jì)出富有優(yōu)越功能亦獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)品。
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