UGNX8.5结构分析操作步骤

（1）建立优化解算方案

1）在【仿真导航器】窗口分级树中右击【Bracket_support_sim1.sim】节点，依次从弹出的快捷菜单中选择【新建求解过程】命令和【几何优化】命令，弹出【创建几何优化解算方案】对话框，如图4-20所示。【名称】默认为【Setup1】及【解算方案列表】框中已被选中的【SOL 101 Linear Statics-Global Constraints Solution1】项目，单击【确定】按钮。

2）弹出【几何优化】对话框，【常规设置】下的选项保留默认设置，如图4-21所示。其中，【名称】默认为【Setup 1】，【优化类型】采用默认的【Altair HyperOpt】，单击【下一步】按钮，分别进行设计目标、约束条件和设计变量的定义操作。

图4-20 【创建几何优化解算方案】对话框

图4-21 【几何优化】对话框

提示

NX Nastran优化类型除了图4-21所示的【Altair HyperOpt】解算器外，还提供了【全局灵敏度】解算方法。灵敏度分析是优化设计的重要一环，可成倍地提高优化效率。这一过程通常可计算出结构响应值对于各设计变量的导数，以确定设计变化过程中对结构响应最敏感的部分，帮助设计工程师获得其最关心的灵敏度系数和最佳的设计参数。灵敏度响应量可以是位移、速度、加速度、应力、应变、特征值、屈曲载荷因子、频率等，也可以是各响应量的混合。设计变量可取任何单元的属性如厚度、形状尺寸、面积、二次惯性矩或节点坐标等。在灵敏度分析的基础上，设计优化可以快速地给出最优的设计变量值。

3）在【几何优化】对话框中选择【定义目标】选项，图4-22所示的对话框右侧切换为【定义目标】窗口。目标类别默认为【模型对象】，【类型】默认为【重量】，目标参数默认为【最小化】，单击【下一步】按钮，进入【几何优化】对话框中的【定义约束】窗口。

提示

在【定义目标】下【类别】中的4个目标类别中，【1D对象】应用于一维网格，【2D对象】应用于二维壳单元网格，【3D对象】应用于三维实体网格，【模型对象】应用于整个模型，它们和相应类型相对应。

4）在图4-23所示的【定义约束】窗口中，单击右上侧的【创建约束】按钮，弹出【定义约束】对话框，如图4-24所示。【约束】下的【类型】默认为【结果测量】，单击【模型约束】下的【结果测量】按钮，弹出图4-25所示的【结果测量管理器】对话框，单击【创建】按钮，弹出【结果测量】对话框，如图4-26所示。在对话框中【输入】的【组件】下拉列表框中选择【Y】，【操作】选择【最小值】，在【表达式名称】文本框中输入【dis_compY_1】，其他选项参数保留默认设置，单击【确定】按钮，完成结果测量的创建。注意到图4-25所示的【结果测量管理器】对话框中出现了新创建的结果测量，其整个模型在Y向的最小位移为-0.076424mm，单击【关闭】按钮返回到图4-24所示的【几何优化】对话框中。

图4-22 【几何优化】对话框-定义目标

图4-23 【几何优化】对话框-定义约束

图4-24 【定义约束】对话框

图4-25 【结果测量管理器】对话框

图4-26 【结果测量】对话框

5）在【限制类型】中选择【下部】，在【限制值】中输入【-0.2000】，【单位】默认为【mm】，单击【确定】按钮，返回图4-23所示的【定义约束】窗口。在【定义约束】下出现刚定义好的Y向位移的约束，单击【编辑】按钮，可以对建立的约束进行修改，单击【下一步】按钮完成几何优化中的约束定义，进入【几何优化】对话框的【定义设计变量】窗口。

提示

在【结果测量】对话框中，选择要为优化响应抽取的解算方案及结果类型，注意几何优化不支持将模型子集选择设置为有限元的结果测量。由于NX8.5版本汉化的问题，【定义约束】类型中的【上部】和【下部】，其实应为【上限】和【下限】，几何优化使用分析的结果（通常是位移或应力）作为输入来评估约束，在每次迭代过程中，软件都会将每个约束属性的值与其限制值进行比较，如果某一约束值超出限制阀值，模型则被视为处于无效状态，优化返回上一个有效状态并为设计变量尝试使用不同的值。在定义约束中可以约束重量、体积和频率。此外，可以使用结果测量命令抽取位移、应力及反作用力作为约束。

图4-27 【几何优化】对话框-定义设计变量

6）切换到【几何优化】对话框的【定义设计变量】窗口，如图4-27所示，单击【创建设计变量】按钮，弹出图4-28所示【定义设计变量】对话框，在【设计变量】中选择【草图尺寸】按钮，单击【草图约束】列表框中的【SKETCH_000草图（1）】，选择【约束尺寸】中出现的【Bracket_support＂：：height_to_support=12】选项，在【上限】中输入【30.0000】，在【下限】中输入【10.0000】，单击【应用】按钮；选择【约束尺寸】中出现的【Bracket_support＂：：thickness=12】选项，在【上限】中输入【15.0000】，在【下限】中输入【5.0000】，如图4-29所示。单击【确定】按钮，返回到【定义设计变量】窗口，发现刚定义的2个设计变量信息出现在对话框中，单击【编辑】按钮可以对设计变量进行修改，完成2个设计变量的定义操作。

图4-28 设计变量草图约束尺寸定义1

图4-29 设计变量草图约束尺寸定义2

提示

在图4-28所示的【定义设计变量】对话框中的【设计变量】中包括【截面属性】、【壳属性】、【特征尺寸】、【草图尺寸】和【表达式】5个选项。其中，单击【特征尺寸】按钮可在【特征】列表框中显示建模时主要的特征尺寸，单击【表达式】按钮可在【表达式】列表框中显示出建模时主要的表达式，均可以作为设计变量来使用。

7）单击【几何优化】对话框中的【下一步】按钮，进入【几何优化】对话框的【控制参数】窗口，如图4-30所示，默认所有选项的系统参数，单击【完成】按钮，完成几何优化的所有项目和参数设置。

(www.xing528.com)

图4-30 【几何优化】对话框-控制参数

8）右击几何优化解算方案【Setup1】并从弹出的快捷菜单中选择【属性】命令，弹出【属性】信息窗口。在信息窗口中仔细检查以确保优化设置的正确性，检查无误后关闭对话框。当然，还可以根据优化设计的要求，对上述设计目标、约束条件和设计变量进行编辑、增添和删除等操作。

提示

图4-30所示的【几何优化】对话框中的【控制参数】窗口是用来向优化器告知解法所需要的精度的，其中【最大的约束违例（%）】是为了使解法实现收敛，控制所许可的约束限制最大违例程度；【相对收敛（%）】是控制优化被认为已收敛时的最后两次迭代的百分比更改；【绝对收敛】是控制优化被认为已收敛时的最后两次迭代的实际更改；【扰动分数】是定义在优化的前几次迭代采样过程中设计变量的可更改量。注意：如果收敛准则的值较小，则意味着需要较多的迭代才能使优化收敛，如果满足了相对或绝对收敛参数要求，则认为优化已经收敛。【最大迭代次数】用来指定优化过程的最大运行次数，该优化将在达到该数字时停止，而与优化是否收敛无关。

（2）优化求解及其结果查看

1）在【仿真导航器】窗口分级树中右击【Setup1】节点，从弹出的快捷菜单中选择【求解】命令即可提交作业解算。注意到系统弹出了Excel电子表格，同时开始进行迭代计算。系统每完成一次计算，模型就会依据计算结果自动更新网格，并开始下一次的迭代计算，如此反复迭代，试图收敛于一个解。

2）稍等，完成计算作业，并切换到Microsoft Excel工作程序显示优化结果，该表包括【优化】、【目标】和【＂Bracket_support＂：：height_to_s】及【＂Bracket_support＂：：thickness=1】4个工作表格。其中，【优化】工作表主要显示设计目标、设计变量和约束条件迭代过程中的各个数值及其变化情况，如图4-31所示。在该表中最后一次迭代的结果即为本模型优化计算的结果，其中设计目标的重量值为【1861.791】；【＂Bracket_support＂：：height_to_support】尺寸优化为【24.67584】，【＂Bracket_support＂：：thickness】尺寸优化为【8.411853】，因此，模型优化的趋势是：斜边支撑上移，两侧直角边板变窄。

图4-31 【优化】工作表

提示

在【目标】工作表中会有本次优化计算是否收敛的提示信息，如果没有达到收敛，需要检查上述优化参数设置是否合理。如果设置参数合理，可以通过增加迭代次数并进行重新计算，同时等待电子表中所有内容的显示全部结束后再去关闭它。表格中红色部分显示失败的设计约束结果。

3）选择电子表格的【目标】选项，出现图4-32所示的模型重量（Y轴）和迭代次数（X轴）的迭代过程。可以看出，经过第4次迭代后，结果基本平缓，逐渐收敛于某个重量值了。

图4-32 【目标】工作表

4）选择电子表格的【＂Bracket_support＂：：height_to_support】和【＂Bracket_support＂：：thickness】选项，出现如图4-33和图4-34所示的迭代设计循环过程。可以看出，【＂Brack-et_support＂：：thickness】和【目标】迭代过程的趋势是相一致的。

图4-33 【＂Bracket_support＂：：height_to_support】工作表

5）关闭Microsoft Excel程序，再次右击【Setup1】节点，从弹出的快捷菜单中选择【求解】命令即可发现【优化电子标准】命令已经激活。执行该命令，即可重复上述查看结果的操作步骤。

6）注意图形窗口的三角托架模型，和上述设计变量有关的尺寸已经发生了变化，如图4-35所示。可以进一步调用【分析】和【测量距离】命令，测量出相应的变化尺寸，在此不多赘述。

7）双击出现的【结果】节点，并切换到【后处理导航器】窗口，可以发现在【Brack-et_support_sim1】节点下面新增了【Setup 1】及其8个迭代计算子节点，如图4-36所示，展开第1个迭代计算子节点【设计循环0】，可以发现相应的子节点名称和【Solution 1】相应的子节点相同。

图4-34 【＂Bracket_support＂：：thickness】工作表

图4-35 优化后的三角托架有限元模型

图4-36 设计优化分析结果

8）依次展开【设计循环1】、【位移-节点的】和【Y】节点，双击【Y】节点即可在图形窗口出现第一次迭代后模型在Y轴方向上的位移云图；按照同样的方法，可以依次查看各个迭代过程中的位移云图和应力云图，图4-37和图4-38所示为第1次和第7次迭代后模型在Y向上的位移云图，可以和模型没有优化前在Y向上的位移云图（如图4-18所示）进行比较。

9）在工具栏中单击【动画】按钮，弹出【动画】对话框，在【动画】下拉列表框中选择【迭代】，如图4-39所示，其他播放参数保留默认设置。单击【播放】按钮，在图形窗口中可观察到随着迭代计算模型自动更新的全过程，也可以将该迭代过程采用GIF格式动画记录并保存下来，单击【取消】按钮，退出【动画】对话框。

图4-37 设计循环1下的Y向位移分析结果

图4-38 设计循环7下的Y向位移分析结果

图4-39 迭代动画的设置

10）单击工具栏中的【返回到模型】按钮，退出【后处理】显示模式，在资源条上单击【仿真导航器】按钮，在【仿真导航器】窗口分级树中，双击出现的【Bracket_sup-port.prt】节点，即可返回到三维建模环境；在资源条上单击【部件导航器】按钮，在工具栏中依次单击【开始】和【建模】按钮，在【模型记录历史】中双击【草图（0）】节点即可进入到草绘图环境。可以发现草绘图形状和尺寸均发生了变化，达到了优化的目的。具体形状和尺寸可以和图4-3所示的草绘图进行比较。读者可以自行完成，在此不赘述。

本实例模型的静力分析结果及优化结果、迭代过程变形和应力输出结果请参考随书光盘Book_CD\Part\Part_CAE_Finish\Ch04_Bracket_support文件夹中的相关文件，操作过程的演示请参考视频文件Book_CD\AVI\Ch04_Bracket_support.AVI。