ANSYS DesignXplorer多目标快速优...

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概述

ANSYS DesignXplorer将各种设计参数集成到分析过程中,基于实验设计(DOE - Design of Experiment)探索设计变量和产品的性能之间的关系,并将二者通过响应面的方式结合起来。实验设计(DOE)和响应面提供实现仿真驱动产品研发(SDPD)所需要的所有信息。

基于实验设计(DOE)和相应面,一旦得到产品性能与设计变量的变化关系,确定产品如何更改能否达到需求就变得易如反掌。 一旦创建响应面,这些信息可以通过直观的方式呈现:曲线、曲面、敏感度、蛛状图等,使设计人员能快速地建立设计空间,在此基础上对产品性能进行六西格码设计、多目标优化、鲁棒设计等深入的研究工作,并提供了直观的工具迅速选择到优化的设计方案。

优化概念的革新

  • 革新之一:多目标优化
  • 革新之二:六西格码设计技术
  • 革新之三:鲁棒设计技术

功能特色

研发工程师经常用仿真来评价某个设计是否达到性能要求,如零件的几何尺寸设置,输入和材料特性等,用ANSYS Workbench中的what-if研究来改进设计。

ANSYS DesignXplorer将以上的分析引入更深一个层次,它采用DOE算法,系统有效地产生设计空间,然后用先进的响应面技术来插值结果。

参数技术可以计算参数之间的相关性和敏感性,从而全面理解整个设计空间。优化算法能够决定参数的最佳组合,6σ分析能够使设计更加鲁棒。

仿真驱动产品研发

ANSYS WorkBench环境作为一个中心平台,全面支持仿真驱动产品研发。DesignXplorer提升了Workbench的参数分析功能,在其中新建和管理参数非常方便,并且参数一旦设定,一直有效,参数变动时会自动更新。

可以通过拖拉在Workbench界面里增加DesignXplorer系统(目标驱动优化、参数相关性、响应面和6σ分析)。远程求解管理器(RSM)支持设计点远程求解。

DesignXplorer结合其它ANSYS模块,帮助设计人员完全理解设计方案。因此设计人员可以真正通过仿真驱动产品研发。

DesignXplorer支持所有物理场

ANSYS能够准确地解决流体、结构、电磁、热等物理场下的产品模拟问题。ANSYS工作流程包括双向CAD接口、网格划分、后处理工具,这一简化流程使分析更加有效,所有的这些工具都集成在Workbench环境中,可以联合使用来完成仿真分析需求。DesignXplorer集成在ANSYS Workbench环境中,支持所有物理场,无论是单场分析还是多场耦合分析。

DesignXplorer能自动探索各种设计方案,从而获得优化设计方案。

设计探索能够加深对设计的理解,如在选择催化剂还原系统时,理解哪些参数影响催化剂入口处的氨水质量率。

试验设计和响应面

ANSYS DesignXplorer采用了一系列的DOE技术,从基本的超拉丁取样法(LHS)到中心复合设计法(CCD),再到优化空间填充(OSF),以及自适应稀疏栅格法或克里格法。通过这些科学方法,将一系列仿真试验形成设计空间,从而可以探索整个设计。DOE表格中的设计点可以在本机上批处理求解,也可以在远程分布式机器上求解。

强大的响应面技术包括了完全二阶多项式法、克里格法、非线性回归法和神经网络法。通过这些方法,可以在多维空间的两个数据点间进行插值,也可以对设计变量和性能之间的关系以2D或3D的形式可视化。


响应面能使输入参数和输出参数之间的关系可视化

响应面:输入参数与输出参数间的关系视图

优化

一旦完成设计探索,理解了设计参数间的相关性和敏感性,就可进行优化。DesignXplorer有多种算法帮助设计人员寻求优化设计方案,该方案可考虑多个目标和性能的折衷。

6 σ分析

仿真通常基于确定的尺寸、载荷边界条件和材料属性,然而在现实中,这些条件的取值往往会因为制造公差或工况不同而产生变化。6σ分析能够考虑输入参数的微小变动对输出参数的影响,这可以帮助设计人员确定设计方案是否满足鲁棒性要求。相关性、确定性和敏感性分析有助于了解如何提高鲁棒性。

图形工具增强理解

扩展工具可以用图形洞察产品的性能,包括敏感性图、相关矩阵、曲线,曲面,折衷视图与Pareto前沿的并行图表。在探索设计的时候,这些工具输出相关数据,以帮助加深理解。

参数相关性矩阵识别关键参数,拟合度工具可评估响应面精度

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,极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。


典型应用


  • 用于Honeywell在设计航空发动机的设计
  • 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
  • 设计吸尘器手柄
  • 汽车车身仿真模型的强度结构优化;
  • 手机外壳抗震优化设计;
  • 电子流变阻尼器针对局部磁通量的优化设计;
  • 梁截面形状拓扑优化;
  • 高尔夫球杆抗冲击优化设计;
  • 水坝坝体优化设计。