目标和约束的汽车NVH性能开发方法

1.优化流程简介

优化分析首先需要将模型的一些参数，如材料密度、单元厚度等参数指定变量v_i，这样设计目标g与设计变量之间就构成了函数关系，同时设计变量还要满足一定的约束条件方程f_j（v₁，v₂，…，v_n）≤0（j=1，2，…，m）。优化过程就是在满足约束方程的变量的有效取值范围内，使设计目标达成，上述过程可以描述如下：

g=G（v₁，v₂，…，v_n） （6.35）

如果设计变量v_i有一个很小的变化量，设计目标也会有一个很小的变化，这样就可以将设计目标的变化量定义为设计变量的函数。经过反复多次迭代，最终可以达到目标方程的要求，得到最优化解。

2.工况控制部分

工况控制部分是输出给求解器的指令，告诉求解器做什么，以及怎么做。在工况控制部分通常需要定义优化类型和优化目标、约束条件等参数。

（1）优化类型

优化类型用语句命令ANSLYSIS定义，包括静力学（STATICS）、模态（MODES）、屈曲（BUCK）、直接法频率响应（DFREQ）、模态法频率响应（MFREQ）、模态法瞬态响应（MTRAN）、稳态气弹性（SAERO）、颤振（FLUTTER）等多种分析类型。

（2）优化目标和约束

进行优化分析，必须先定义优化目标。在BulkData部分用命令DRESP1或DRESP2定义响应，然后在工况控制部分用DESOBJ指定。工况控制部分DESOBJ的格式如下：

式中，n是响应项DRESP1或DRESP2卡片的编号；min或max是使目标值最小或最大。

约束方程用下式语句来定义：

DESGLB=n

DESSUB=n （6.37）

式中，n是DCONSTR或DCONADD卡片的编号。DESGLB用于定义整体约束，DESSUB定义子工况的局部约束。

（3）定义设计变量

进行优化分析，必须将某个或某些个参数定义为设计变量，并与有限元模型中的有关参数关联起来。使设计变量在一定的范围内变动，这样设计目标就成为设计变量的函数，从而可以得到设计变量对于设计目标值的灵敏度。

设计变量用DESVAR语句来定义，其格式如图6.6.1所示。

图6.6.1 设计变量定义格式

图中，ID是DESVAR命令的编号；LABEL是用户定义的变量名称；XINIT是变量的初始值；XLB是变量的下限，默认值是-1.0E+20；XUB是变量的上限，默认值是1.0E+20，很显然XLB≤XINIT≤XUB；DELXV是变量每次的改变量，如果不给值，则默认值为DOPTPRM卡片的DELX值，如果DELX也没有赋予值，那么DELXV=1.0。

设计变量必须与模型中的某些参数关联起来才可以参数化修改相应的量，将设计变量和参数关联起来用DVGRID、DVPREL1和DVPREL1命令。

DVGRID卡片定义设计变量与节点坐标之间的关系，其格式如图6.6.2所示。

图6.6.2 设计变量与节点的关联定义

图中，DVID是DVGRID卡片的编号；GID是节点或标量点的编号；CID是坐标系编号，空或者为零时表示全局坐标系；COFF是Ni的乘积系数；Ni是CID坐标系中的分量。

DVPREL1命令将设计变量与单元的属性关系起来，DVPREL1定义的线性组合关系可以由下式来表达：

式中，P_i是某个属性的值；C0和COEFi是常系数；DVIDi是DESVAR命令的编号。(www.xing528.com)

DVPREL1命令格式如图6.6.3所示。

图6.6.3 设计变量与模型的关联定义

图中，ID是DVPREL1命令卡的编号；TYPE是属性卡片的名称，如PSHELL、PBEAM等；PID是属性卡的编号；PNAME/FID是属性名，例如T、A；PMIN是该属性的最小值，默认值是-1.0E+20；PMAX是属性的最大值，默认值是1.0E+20；C0是常数项；DVIDi是DESVR数据卡的编号；COEFi是线性组合系数。

（4）定义优化目标

优化分析需要指定目标，即设计变量是优化目标的函数。DRESP1卡片定义优化计算时的约束或者响应，其格式如图6.6.4所示。

图中，ID是DRESP1命令的编号；LABEL是用户定义的标签；RTYPE是响应类型；PTYPE是单元标志或者属性卡片的名称；REGION表示约束变化；ATTA和ATTB表示响应

图6.6.4 优化目标定义格式

特性；ATT1和ATT2是PTYPE和RTYPE参考的PID、MID、EID或者Grid的编号。

响应类型如表6.6.1所示。

表6.6.1 响应类型与属性

表6.6.1中的应力/应变项代码如表6.6.2所示，力项代码如表6.6.3所示。

表6.6.2 应力/应变项代码

（续）

表6.6.3 力项代码

（续）

（5）定义约束

在优化和灵敏度分析中，需要将DRESP1定义的响应添加约束，将某个目标限制在一定范围内。DCONSTR卡征用于定义约束，其格式如图6.6.5所示。

图6.6.5 定义约束

图中，DCONSTR在工况控制部分由DESSUB或DESGLB命令引用；DCID是DCONSTR卡片的编号，可以由DCONADD卡片引用；RID是DRESPi响应数据卡片的编号；LALLOW和UALLOW分别是响应的下限和上限，为常数，默认值分别为-1.0E+20和1.0E+20，这两项的单位必须与相应的RID数据卡的响应单位相同。

（6）灵敏度分析结果输出

灵敏度或者优化结果中，应该包含完成的设计变量、约束、目标等参数信息。对于优化结果，还应该具有变量及目标函数的变化历程。从这些信息中，可以找到关心的结果，如哪些参数对目标函数影响最大，以及自动完成的优化结果。