OptiStruct设计灵敏度分析与参数优化

之前我们已经介绍了模态贡献量、板块贡献量、节点贡献量以及传递路径分析大家对于NVH问题的常规诊断方法应该都有所了解了。在介绍之前的各种诊断方法的时候都涉及到了响应研究(study)这个概念其目的是假定抑制某些具有显著贡献的因素(如模态、板块、节点等)以此来观察响应的变化。但这些都停留在“研究”阶段真正要落实到响应的下降还需要去更改实际结构的设计。在详细设计阶段参数优化是非常有用的方法。基于梯度法的参数优化方法虽然能对成百上千的变量进行优化但变量越少效率越高因此比较合理的做法是先进行灵敏度分析。传统的灵敏度分析是优化的衍生产品即必须进行优化设置才能输出.slk或者.sens文件通过.slk或者.sens文件可以看到并识别高灵敏度变量。今天我们要介绍的是另一种思路直接找到对我们关注的响应比较“灵敏”的参数之后对其进行优化来减小响应。基于HyperWorks进行设计灵敏度分析与参数优化流程流程方法如下可使用HyperMesh中的Process Manager流程化创建设计灵敏度分析工况后基于内嵌的宏命令批量创建变量使用HyperView中的设计灵敏度专业后处理工具查看与过滤高灵敏度变量并直接导出优化头文件备用可直接引用优化头文件进行基于过滤后变量的参数优化。该方法将大大提升工况设置效率、变量创建效率方便地过滤与导出高灵敏变量直接用于优化便捷地完成设计灵敏度分析与参数优化的完整流程。OptiStruct中的设计灵敏度分析(Design Sensitivity Analysis以下简称DSA)可用于寻找对用户关注响应“灵敏”的参数。所谓设计灵敏度即响应对设计变量的偏导数。以线性静态分析控制方程为例两边对设计变量X求偏导数则位移矢量U对设计变量的偏导数为一般来说响应可以表示成U的函数所以响应对设计变量的灵敏度可以表示为灵敏度的正负表示变量与响应之间的正负相关性灵敏度绝对数值的大小表示这种相关关系的剧烈程度。灵敏度分析可用于研究原始数据不准确或发生变化时响应的稳定性通过灵敏度分析也可以决定哪些参数对系统或模型有较大的影响筛减部分影响较小的优化变量将极大提升优化的效率。回归到软件层面进行设计灵敏度分析需要用户定义响应与设计变量。响应的定义是基于工况的用户需要定义相关工况设计变量可以是常见的一些参数如衬套刚度、阻尼、钣金厚度、梁截面信息等。实例分析以下实例将带大家一起通过DSA找到对于响应最“灵敏”的前10个变量并基于这10个变量进行参数优化来降低响应峰值。问题描述实例中定义一个频响分析工况定义设计变量51个(车身钣金厚度6个15个接附点3向刚度共45个)以此找到对驾驶员头顶横梁响应点灵敏度排名前10的变量并对这10个变量进行参数优化实现降低响应。文章后段附有该案例的模型文件下载链接感兴趣的朋友可以自行下载尝试哟~使用HyperMesh中的Process Manager定义频响工况Process Manager中具有多种常见工况的流程化创建模板可以快速创建如频响分析、随机振动分析、疲劳分析等工况。使用Process Manager可以极大简化操作流程提高工作效率。详细操作请参考以下视频视频通过Process Manager设置了一个频响工况并输出了驾驶员头顶横梁处的结构加速度响应。在这个流程中同样设置了DSA卡片用于输出设计灵敏度。所有设置完成之后导出求解文件命名为master_DSA.fem。使用宏命令快速批量创建设计变量由于整车NVH问题的特殊性往往具有大量的设计变量如钣金厚度、接附点衬套刚度等。HyperMesh中ToolsNVH Macros功能可以批量创建大量的设计变量完成之后可以将变量信息导出备用这极大节省了变量设置时间。涉及的变量如下图所示用户亦可自定义。只考虑15个接附点位置的刚度所以将其他BUSH属性去除勾选之后导出bush.fem。同样的方法将6个车身钣金厚度创建成变量之后导出shell.fem。将变量文件include进主模型中保存并提交计算。使用文本编辑器打开master_DSA.fem将两个include文件添加进去语句、位置如下保存文件提交OptiStruct计算。DSA后处理进入HyperView载入NVH后处理专用模块选择Design Sensitivity Analysis载入结果文件在Display Options中选择Linear之后点击Load Response载入加速度响应曲线选择关心的频率点为40Hz载入灵敏度柱状图可以直接通过Export Set直接将灵敏度排名前10的变量导出优化头文件快速用于尺寸优化。基于OptiStruct的参数优化进入OptiStruct用户配置模板创建1009377号节点加速度响应由于该响应为频变响应因此不能直接作为目标函数需要创建Objective Reference。之后将这个Objective Reference作为目标使其最小化导出求解文件将上一步导出的文件头拷贝到主文件中进行优化计算。下图为优化前后的响应曲线对比可以看到优化后的加速度响应曲线明显降低。【相关内容】HyperMesh自由边警告怎么消除关于HyperMesh的节点问题归纳总结HyperMesh如何施加压力集中力载荷