ANSYS优化设计简介

1.优化设计的三种变量

（1）设计变量 即自变量，优化结果的取得是通过改变设计变量的值来实现的。每个设计变量都需要有上下限，以定义设计变量的变化范围。ANSYS允许定义不超过60个设计变量。

（2）状态变量 用于定义优化的边界条件，是设计变量的函数。状态变量可以既有上限，又有下限，也可只有上限或只有下限。ANSYS允许定义不超过100个状态变量。

（3）目标变量 目标变量必须是设计变量的函数，即改变设计变量的值将改变目标变量的值，在ANSYS中优化的目的是获得目标变量最小值。

设计变量和状态变量构成了优化设计理论的约束条件，目标变量即目标函数。

三种变量都规定公差，设计变量和目标变量的公差用于控制优化过程的收敛性。如果前后两次设计变量之间的误差小于其公差，则优化过程自动停止。变量的公差可以在定义变量时确定。

2.其他术语

1）优化变量：设计变量、状态变量和目标变量的总称。

2）设计序列：指确定一个模型的参数的集合。一般来说，设计序列是由设计变量组成的。

3）可行解和不可行解：可行解指满足所有给定的约束条件（设计变量的约束和状态变量约束）的设计序列；如果不满足其中任一约束条件，则为不可行解。

4）最优设计：指取得最小目标变量值的可行解。

5）分析文件：是包含一个完整分析过程（前处理、求解和后处理）的命令文件。它必须能参数化创建模型，并在后处理过程中提取出各种变量。由该文件可以生成优化循环文件，并在优化计算中循环处理。

6）一次循环：指执行一次分析文件，进行一次分析过程，最后一次循环的输出保存在文件中。

7）优化迭代：产生新的设计序列的一次或多次分析循环。

8）优化数据库：记录当前优化环境，包括优化变量定义、参数、所有优化设计和设计序列。该数据库可以保存，也可以随时读入优化处理器中。(www.xing528.com)

3.优化方法

ANSYS的优化模块提供了两种优化方法：一阶分析法（First-Order）、最优梯度法（Gradient），这两种方法对于大多数实际问题已经足够，ANSYS还允许用户提供外部的优化算法。

4.优化准则

优化准则是控制优化过程结束的条件。

假设F_j-1、X_j-1和F_j、X_j分别为目标变量和设计变量的第j次和第j-1次迭代的结果（X为向量），F₀、X₀为目前最优的目标变量值和相应的设计变量值，则在满足下面各式中任意一个时，认为迭代收敛，于是迭代停止。

|F_j-F_j-1|＜t

|F_j-F₀|＜t

|X_j-X_j-1|＜t

|X_j-X₀|＜t

式中，t为目标变量或设计变量的公差。

另外ANSYS还提供了循环次数控制。

5.优化工具

优化工具是搜索和处理设计空间的技术，也可以作为优化方法使用。ANSYS提供了单步运行法（Single Run）、随机搜索法（Random Design）、乘子评估法（Factorial）、扫描法（DV Sweep）、子问题近似法（Sub-Problem）等工具，各工具的特点请参见有关书籍。