7.3设计优化分析设计优化分析允许不限数量的设计变量和用户自定义的目标函数、约束和响应方程,除了输入大家所熟知的"分析模型"之外,还需要输入"设计模型"。设计模型是一个用设计变量和结构响应值以数学方式来描述的一个优化问题不仅与分析模型有关,并且也与这个分析模型的结构响应有关。先依用户提供的初始设计开始进行结构分析,获得结构响应(如应力、位移、固有频率等)后,确定设计变量对结构响应的灵敏度,这些灵敏度数据被送入一个数值优化求解过程以得到一个改进了的设计。在这个新设计的基础上,修改分析模型开始一个新的迭代优化循环过程直到满足优化设计要求。MSC.NASTRANV70中设计优化分析允许删除不起作用约束,使优化过程效率提高。MSC.NASTRAN的优化功能几经重大改进并实现了形状优化,成为强大的多物理过程的优化工具。优化涉及多种分析类型如:静力优化、特征值优化、屈曲优化、直接/模态频率优化、气弹和颤振优化、声学(噪声)优化、超单元优化分析等。除此之外,用户还可根据自己的设计要求和优化目标,在软件中方便地写入自编的公式或程序进行优化设计。
7.1NASTRAN的拓扑优化简介设计优化是为满足特定推荐目标如**小重量、比较大***阶固有频率或**小噪声级等等的综合设计过程。这些推荐目标称之为设计目标或目标函数。优化实际上含有折衷的含义,例如结构设计的更轻就要用更少的材料,但这样一来结构就会变得脆弱,因此就要限制结构件在比较大许用应力下或**小失稳载荷下等的外形及尺寸厚度。类似地,如果要保证结构的安全性就要在一些关键区域增加材料,但同时也意味着结构会加重。比较大或**小许用极限限定被称之为约束。设计变量是一组在设计过程中为产生一个优化设计可不断改变的参数。MSC.NASTRAN中的设计变量包含形状和尺寸两大部分。形状设计变量(如边长、半径等)直接与几何形状有关,在设计过程中可改变结构的外形尺寸;尺寸设计变量(如板厚、凸缘、腹板等)则一般不与几何形状直接**,也不影响结构的外形尺寸。设计优化意味着有在满足约束的前提下产生比较好设计的可能性。MSC.NASTRAN拥有强大、高效的设计优化能力,其优化过程由设计灵敏度分析及优化两大部分组成，可对静力、模态、屈曲、瞬态响应、频率响应、气动弹性和颤振分析进行优化。有效的优化算法允许在大模型中存在上百个设计变量和响应。Digimat的应用主要包括三个方向： 材料工程、工艺仿真、结构工程。
5.2几何非线性分析几何非线性分析研究结构在载荷作用下几何模型发生改变、如何改变、几何改变的大小。所有这些均取决于结构受载时的刚性或柔性。非稳定段过度、回弹,后屈曲分析的研究都属于几何非线性的应用。在几何非线性分析中,应变位移关系是非线性的,这意味着结构本身会产生大位移或大的转动,而单元中的应变却可大可小。应力应变关系或是线性或是非线性。对于极短时间内的高度非线性瞬态问题包括弹塑性材料。大应变及显式积分等MSC.DYTRAN可以进一步对MSC.NASTRAN进行补充。在几何非线性中可包含:大变形、旋转、温度载荷、动态或定常载荷、拉伸刚化效应等。MSC.NASTRAN可以确定屈曲和后屈曲属性。对于屈曲问题,MSC.NASTRAN可同时考虑材料及几何非线性。非线性屈曲分析可比线性屈曲分析更准确地判断出屈曲临界载荷。对于后屈曲问题MSC.NASTRAN提供三种Arc-Length方法(Crisfield法,Riks法和改进Riks法)的自适应混合使用可**提**析效率。此外在众多的应用里,结构模态分析同时考虑几何刚化和材料非线性也是非常重要的。这一功能MSCNASTRAN称之为非线性正则模态分析。ROMAX适用于研制早期概念阶段传动装置的系统级方案设计与评估。南京定制MSC软件
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