ansys designxplorer 多目标优化工具

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ANSYS DesignXplorer 多目标优化工具

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目录

1 产品简介

2 功能特色

3 应用价值

4 用户案例


目录

1 产品简介


ANSYS DesignXplorer产品简介

ANSYS DesignXplorer

–DesignXplorer是功能强大而方便易用的多目标优化模块。

–DesignXplorer (DX) 是用来设计和理解部件和组件的分析响应，使

用户在设计和使用时考虑到其不确定性，而且可以使用户确定出提高

产品可靠性的最重要的参数。这些工作可以通过使用响应面来实现。

–DesingXplorer 使用参数作为其基本语言。来自Mechanical

application、 DesignModeler (DM)和各种CAD系统的参数利用有限

的几次计算，来获得更广泛的响应。


ANSYS DesignXplorer简介

DesignXplorer VT是ANSYS公司2001年推出的多目标优化软件，是ANSYS 2000

年收购法国参数化技术公司CADOE后，将其技术集成到Workbench之后推出的

新模块。

对于飞机火箭船舶汽车或者航空发动机这样的复杂产品，设计自变量非常之

多，由于需要大量迭代，优化其实已经失去意义。但DesignXplorer 跳出庐

山，开创一种出人意料的方法：变分技术（VT: Variational Technology），

这种技术只需一次计算，就可以到的优化结果。当设计变量变更后，重新投

入计算的迭代数更少，是ANSYS公司非常得意的技术之一。

你可以以简单拖拽释放的形式将DX当中的设计探索添加到ANSYS workbench 仿真流程当中，并将其运用于各种物理场


ANSYS DesignXplorer的主要功能支持DOE实验设计算法

– 有优化空间设计、中心符合设计等算

法

支持多目标优化

– 基于Hammersley算法、多目标遗传算

法（MOGA），获得产品优良的综合性

能

独特的变分技术

– 确定响应面速度快、精度高

– 支持离散射计变量、支持连续设计变

量

– 给定相关系数，用来计算灵敏度和决

定个别的灵敏度值是否重要

提供6sigma设计以及鲁棒设计

全参数化设计

– 支持workbench下所有数据

– 与CAD软件联合进行参数优化


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2 功能特色


ANSYS DesignXplorer的独特性先进性

利用高阶级数展开的方法求解

与CAD软件联合进行形状参数优化

丰富的设计变量类型

丰富的优化目标类型

6σ 设计技术

丰富的计算结果处理技术







6σ 设计技术


Pade近似、泰勒级数近似

近似函数的阶次由程序自动设定（根

据用户要求的计算精度），准确求解

优化目标与设计参数的复杂关系

获得的结果为目标函数与设计变量的

“响应曲线”（即目标函数随设计变

量的“连续”变化！）

“一次计算”即可完成优化设计







6σ 设计技术


在ANSYS AWE前后处理环境下实现

（AWE环境下ANSYS与CAD软件是双

向参数传递）

采用网格Mesh Morphing技术，避

免由于网格划分的差异带来响应

计算误差

网格Morphing反应设计尺寸的变化

权衡图表，帮助您可视化解决方案的优化，确定最佳的权衡，以满足设计目标提供洞察力







6σ 设计技术


连续变量（设计尺寸、壳的厚度、

材料参数……）

离散变量（加强筋的数量和布置、

点焊的数量和布置、连接弹簧的

数量和布置……）

通过DesignXplorer自动的探索不同的几何设计来达到最优设计







6σ 设计技术


结构问题（应力、应变、变形（位移）、

结构重量、反作用力、频率优化（模态形

状、特征频率、……）

电磁场问题（磁矢量势（低频电磁场）、

S参数（高频电磁扫频计算）、……）

流场问题（压力降、升力、阻力、流场形

状）

多物理场问题（结构场、流场、温度场、

电磁场等）

当优化FSAE赛车的进气口时，的滑铁卢大学方程式

赛车队利用DesignXplorer快速，高效地分析设计

对总体性能的影响，消除了需要多个样机周期的需求

Ansoft

Designer

模型，输入与输出参数之间的响应面







6σ 设计技术


基于6各标准误差，假设材料属性、

几何尺寸、载荷等不确定性输入

变量的概率分布，分析输入变量

不确定性对产品性能（应力、变

形等）的影响，判断产品设计是

否达到6σ质量标准

理解输出参数如何随着设计容差变化判定多少部件可

能会因此失效

明白那些输入参数权重较大




“一次计算”即可完成优化设计




6σ 设计技术


柱状图（Histograms）（显示每个设计变

量对设计目标的最大影响，反应并比较各

设计变量的“重要性”）

敏度曲线（Sensitivity Curves）（显示

每个设计变量在其整个变化范围内对设计

目标的影响，反应并比较设计目标对各设

计变量的“敏感程度”）

“决定性”矩阵（ Determination

Matrix ）（提供参数对之间的非线性

（二次）关联信息。关联程度在图表中以

不同颜色显示）

响应面（显示设计目标对两个参数的响应、

“便览”曲线的三维曲面直观显示）

http://wildeanalysis.co.uk/system/photos/111/original/ANSYS_DesignXplorer_Sensitivity_Plot.jpg?1271157667

http://wildeanalysis.co.uk/system/photos/112/original/ANSYS_DesignXplorer_Parallel_Plots.jpg?1271157677


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3 应用价值


DX客户价值

全面的优化功能满足用户的多方面需求；

用户界面直观易用，最大程度的方便一线设计人员；

在确保产品可靠度的基础上，帮助用户得到最优化的设计；

性价比超高，升级潜力大，确保用户投资的保值性；

考虑到所有的设计备选方案促进产品创新；

对性能和设计参数之间的关系，获得一个深入的了解，以优化成本，质量和可靠性；

在一个单一的分析完成所有备选设计方案，以节省时间和成本。

从“Design-Driven

（设计驱动）”

到

“Simulation-Driven

（仿真驱动）”

CFD 静力模态预应力网格建模

设计优化


DesignXplorer的应用领域和价值

ANSYS DesignXplorer主要面向多参数的单个或多个物理场优化分析

– 通过温度、强度、刚度、疲劳、屈曲分析，对工程结构进行优化设计

– 通过流体分析，对流道、流域进行优化

– 通过对设计中不确定性进行6sigma分析，并评估其可靠概率或失效概率

– 通过仿真分析，缩短产品结构设计周期和风险


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4 用户案例


应用案例1：Honeywell航空发动机优化设计

项目描述 – 用于Honeywell 在设计航空发

动机的设计

项目挑战 – 设计的过程中，有200个优化

参数 – 采用DOE方法需要 2 Weeks。

解决方案 – 采用DX VT技术，优化时间缩短

为2 hours，大大缩短设计周期。

重要价值

– 能在如此短的时间内，DX 就完

成了产品的优化设计，大大节

省了优化时间，出乎客户意料。


应用案例2：二滩水电站蜗壳设计

项目描述

– 二滩水电站钢蜗壳与外围钢

筋混凝土联合受力三维仿真

材料模型试验研究

项目挑战

– 由25段变直径、变厚度壳体，

20个固定导叶、两个环形板

和其它支架构成，需要优化

的参数有几十个

解决方案

– 对结构在重力、内压和支撑

作用下进行优化设计

重要价值

– 用ANSYS的优化功能对壳体的

多个参数进行优化，获得了

很好的结果。


应用案例3 :Hoover电动吸尘器

这些加劲肋对手柄刚度贡献很小

项目描述

– 设计吸尘器手柄

项目挑战

– 减少重量，变形，应力

解决方案

– 对结构在各种载荷作用下进

行优化设计

– 初始设计： 67克

– 二次设计： 43克

– 最终设计： 34克

重要价值

– 减重48％，每年材料节省

$200,000!


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