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isight培训.pdf

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.54M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    第一章认识iSIGHT
    1.1iSIGHT软件简介
    1.1.1集成自动化
    1.1.2结果数据分析
    1.1.3网络功能
    1.2iSIGHT工作原理简介
    1.2.1常用数值分析软件的结构
    1.2.2iSIGHT工作原理
    1.3iSIGHT结构层次
    1.3.1多学科优化语言
    1.3.2编译引擎
    1.3.3用户图形界面
    第二章结构优化设计理论基础
    2.1优化设计与数值分析的关系
    2.2优化设计基本概念
    2.2.1设计变量（DesignVariables）
    2.2.2约束条件（Constraints）
    2.2.3设计目标与目标函数（Object）
    2.2.4敏度（Sensitivity）
    2.2.5收敛准则(ConvergenceCriteria)
    2.2.6可行域(FeasibleDomain)
    2.2.7最优点与最优值(OptimalPointandOptimumValue)
    2.3优化模型分类
    2.3.1数学规划
    2.3.2组合优化
    2.3.3图论、网络流
    2.3.4动态规划
    2.4常用优化算法
    2.4.1满应力设计法
    2.4.2二次规划法
    2.4.2.1约束的线性近似
    2.4.2.2目标函数的一阶和二阶近似
    2.4.2.3目标函数和约束条件的线性规划
    2.4.2.4二次规划
    2.4.3iSIGHT中的NLPQL算法
    2.4.4遗传算法（GA）
    2.4.3.1设计变量的数码化
    2.4.3.2适合度函数
    2.4.3.3染色体集团的再生
    2.4.5iSIGHT中模拟退火法
    2.4.6iSIGHT混合整型优化
    2.4.7iSIGHT优化算法分类
    2.4.7.1数值优化方法
    2.4.7.2探索优化方法
    2.4.7.3专家系统优化
    2.5大型结构优化策略与方法
    2.5.1优化分解法
    2.5.1.1解法的基本思想
    2.5.1.2分解法分类
    2.5.1.3耦合问题的提出
    2.5.2敏度分析
    第三章iSIGHT软件界面与菜单介绍
    3.1iSIGHT软件的启动
    3.2iSIGHT软件图形界面总论
    3.2.1任务管理界面
    3.2.2过程集成界面
    3.2.3文件分析
    3.2.4优化参数设置界面
    3.2.5任务设置界面
    3.2.6过程监控与结果分析设置界面
    3.3任务管理界面
    3.3.1界面总览
    3.3.2主菜单
    3.3.2.1文件菜单
    3.3.2.2编辑菜单
    3.3.2.3浏览菜单
    3.3.2.4控制菜单
    3.3.2.5执行菜单（Execution）
    3.3.2.6工具菜单
    3.3.2.7帮助菜单
    3.3.3工具条
    3.3.4结构视图区
    3.3.5工作界面
    3.3.6状态条
    3.3.7溢出时间指示器
    3.4过程集成界面
    3.4.1界面总论
    3.4.2结构视图区
    3.4.3主菜单
    3.4.3.1文件菜单
    3.4.3.2编辑菜单
    3.4.3.3视图菜单
    3.4.3.4插入菜单
    3.4.3.5工具菜单
    3.4.3.6帮助菜单
    3.4.4工具条
    3.5文件分析界面
    3.5.1界面总览
    3.5.2主菜单
    3.5.2.1文件（略）
    3.5.2.2编辑菜单
    3.5.2.3视图菜单
    3.5.2.4插入菜单
    3.5.2.4选项菜单
    3.5.2.5帮助菜单
    3.5.3工具条
    3.5.4调拨与提高
    3.5.4.1iSIGHT文件分析的过程
    3.5.4.2相对位置与绝对位置
    3.5.4.3再论数据替代格式
    3.6过程监控界面
    3.6.1界面总论
    3.6.2主菜单
    3.6.2.1文件菜单
    3.6.2.2编辑菜单
    3.6.2.3视图菜单
    3.6.2.4插入菜单
    3.6.2.5工具菜单
    3.6.2.6帮助菜单
    3.6.3工具栏
    3.6.4导航区
    3.6.5图形显示区
    3.4多学一招—C语言的格式化输入/输出
    第四章iSIGHT优化入门
    4.1iSIGHT优化基本问题
    4.1.1iSIGHT集成软件的条件
    4.1.2常用的输入文件的类型
    4.2iSIGHT集成优化的一般步骤
    4.2.1前期准备工作
    4.2.2iSIGHT软件集成
    4.2.3设计变量与算法设置
    4.2.4求解与结果分析
    4.3iSIGHT优化入门—水杯优化
    4.3.1问题描述
    4.3.2问题假设与模型简化
    4.3.3集成软件的选择
    4.3.4iSIGHT集成优化
    4.3.4.1添加集成代码
    4.3.4.2定义输入文件
    4.3.4.3输出文件分析
    4.3.4.4优化变量与算法设置
    4.3.4.5数据库选项定义
    4.3.4.6过程监控设置
    4.3.4.7执行计算
    4.3.4.8最优解的查看
    4.4.3结果分析与评估
    第五章模压强化工艺优化
    5.1工程背景与概述
    5.2优化问题描述
    5.2.1模压强化工艺简介
    5.3集成软件的选择
    5.3.1MSC.Marc驱动格式介绍
    5.4有限元计算模型介绍
    5.5模压强化优化模型
    5.5.1优化系统结构特点
    5.5.2目标函数选择
    5.5.3设计变量的选择
    5.6.4优化模型
    5.6.5优化算法的选择
    5.7输入、输出文件格式及其分析
    5.7.1输入文件格式分析
    5.7.2输出文件格式分析
    5.8iSIGHT集成优化
    5.8.1软件集成
    5.8.1.1添加集成代码
    5.8.1.2输入文件解析
    5.8.1.3输出文件解析
    5.8.2参数计算
    5.8.2.1添加参数
    5.8.2.2添加参数运算块
    5.8.3优化建模
    5.8.3优化任务设置
    5.8.4数据库选项设置
    5.8.5任务分析与进程监控
    5.9优化结果及其分析
    5.10工程优化点评与提高
    第六章单梁起重机结构优化设计
    6.1工程与概述
    6.2优化问题描述
    6.2.1单梁起重机强度校核分析模型
    6.3集成软件的选择
    6.3.1ANSYS驱动格式介绍
    6.4起重机主梁校核有限元计算模型介绍
    6.5主梁优化模型
    6.5.1主梁优化系统结构特点
    6.5.2目标函数选择
    6.5.3设计变量的选择
    6.6.4优化模型
    6.6.5优化算法的选择
    6.7输入、输出文件格式及其分析
    6.7.1输入文件格式分析
    6.7.2输出文件格式分析
    6.8iSIGHT集成优化
    6.8.1软件集成
    6.8.1.1添加集成代码
    6.8.1.2输入文件分析
    6.8.1.3输出文件分析
    6.8.2参数计算
    6.8.2.1添加参数
    6.8.2.2添加参数运算块
    6.8.3优化建模
    5.8.3优化任务设置
    6.8.4数据库选项设置
    6.8.5任务分析与进程监控
    6.9优化结果及其分析
    6.10工程优化点评与提高
    6.11多学一招—ANSYS中结果输出方法
    6.11.1通过文件写入
    6.11.2单元表操作
    iSIGHT iSIGHT iSIGHT iSIGHT 工程优化实例分析
    前言 随着设备向大型化、高速化等方向的发展，我们的工业设备（如高速列出、战斗机 等）的复杂程度已远超乎平常人的想象，装备设计不单要用到大量的人力，甚至已牵涉 到了数十门学科。例如，高速车辆设计就涉及通信、控制、计算机、电子、电气、液压、 多体动力学、空气动力学、结构力学、接触力学、疲劳、可靠性、维修性、保障性、安 全性、测试性等若干学科。随着时代的进步，如今每个学科领域都形成了自己特有研究 方法与发展思路，因此在设计中如何增加各学科间的沟通与联系，形成一个统一各学科 的综合设计方法（或平台），成为工程和学术界所关注的重点。 多年来，国外已在该领域做了许多著有成效的研究工作，并开始了多学科优化设计 方面的研究。就国外的研究现状而言，目前已经实现了部分学科的综合优化设计，并开 发出了如 iSIGHT、Optimus 等多学科商业优化软件。 iSIGHT 是一个通过软件协同驱动产品设计优化的多学科优化平台，它可以将数字 技术、推理技术和设计搜索技术有效融合，并把大量需要人工完成的工作由软件实现自 动化处理。iSIGHT 软件可以集成仿真代码并提供智能设计支持，对多个设计方案进行 评估和研究，从而大大缩短了产品的设计周期，显著地提高了产品质量和可靠性。 目前市面上还没有关于 iSIGHT 的指导书籍，而查阅软件自带的英文帮助文档，对 许多国内用户而言尚有一定的难度。基于以上现状，作者根据利用 iSIGHT 做工程项目 的经验编写了这本《iSIGHT 工程优化实例》。本书分为优化基础、工程实例和答疑解 惑三个部分，其中工程实例中给出了涉及铁路、航空方面多个工程案例，以真实的工程 背景使作者在最短的时间内掌握这款优化的软件。 本书在编写的过程中，从互联网上引用了部分资料，在此对原作者表示衷心地感谢！ 我要真诚地感谢大连交通大学（原大连铁道学院）和王生武教授，是他们给了我学 习、接触和使用 iSIGHT 软件机会！ 仅以本书献给所有关心我的人！ 赵怀瑞 2007 年 08 月于西南交通大学 I
    目录 第一章 认识 iSIGHT...............................................................................................................1 1.1 iSIGHT 软件简介.........................................................................................................1 1.2 iSIGHT 工作原理简介.................................................................................................5 1.3 iSIGHT 结构层次.........................................................................................................6 第二章 结构优化设计理论基础.............................................................................................. 8 2.1 优化设计与数值分析的关系..................................................................................... 8 2.2 优化设计基本概念................................................................................................... 8 2.3 优化模型分类........................................................................................................... 10 2.4 常用优化算法........................................................................................................... 11 2.5 大型结构优化策略与方法........................................................................................ 26 第三章 iSIGHT 软件界面与菜单介绍...................................................................................33 3.1 iSIGHT 软件的启动.................................................................................................. 33 3. 2 iSIGHT 软件图形界面总论.....................................................................................33 3.3 任务管理界面........................................................................................................... 37 3.4 过程集成界面........................................................................................................... 44 3.5 文件分析界面........................................................................................................... 47 3.6 过程监控界面........................................................................................................... 51 3.4 多学一招—C 语言的格式化输入/输出...................................................................55 第四章 iSIGHT 优化入门.....................................................................................................56 4.1 iSIGHT 优化基本问题...............................................................................................56 4.2 iSIGHT 集成优化的一般步骤...................................................................................56 4.3 iSIGHT 优化入门—水杯优化...................................................................................58 第五章 模压强化工艺优化.................................................................................................... 79 5.1 工程背景与概述....................................................................................................... 79 5.2 优化问题描述........................................................................................................... 79 5.3 集成软件的选择....................................................................................................... 80 5.4 有限元计算模型介绍................................................................................................ 81 5.5 模压强化优化模型................................................................................................... 81 5.8 iSIGHT 集成优化.......................................................................................................84 5.9 优化结果及其分析.................................................................................................... 91 5.10 工程优化点评与提高............................................................................................. 92 第六章 单梁起重机结构优化设计...................................................................................... 93 II
    第一章 认识 iSIGHT 6.1 工程与概述............................................................................................................... 93 6.2 优化问题描述........................................................................................................... 93 6.3 集成软件的选择....................................................................................................... 94 6.4 起重机主梁校核有限元计算模型介绍.................................................................... 95 6.5 主梁优化模型........................................................................................................... 95 6.8 iSIGHT 集成优化.......................................................................................................98 6.9 优化结果及其分析.................................................................................................. 103 6.10 工程优化点评与提高........................................................................................... 103 6.11 多学一招—ANSYS 中结果输出方法................................................................. 103 第七章 涡轮增压器压气机叶片优化设.............................................................................. 105 7.1 工程背景与概述..................................................................................................... 105 7.2 集成软件的选择..................................................................................................... 105 7.3 限元计算模型介绍................................................................................................. 107 7.5 优化模型.................................................................................................................. 108 7.6 输入、输出文件格式及其分析............................................................................. 109 7.7 iSIGHT 集成优化.....................................................................................................110 7.8 优化结果及其分析.................................................................................................. 117 7.9 工程优化点评与提高............................................................................................. 122 第八章 飞机风挡防撞设计优化.......................................................................................... 123 8.1 工程背景................................................................................................................. 123 8.2 工程概述.................................................................................................................. 123 8.3 集成软件的选择..................................................................................................... 124 8.4 限元计算模型介绍.................................................................................................. 125 8.5 优化模型.................................................................................................................. 126 8.7 iSIGHT 集成优化.....................................................................................................129 8.8 优化结果及其分析.................................................................................................. 132 8.9 工程优化点评与提高............................................................................................. 134 8.10 多学一招—LS—DYNA 结果输出方法.............................................................. 135 第九章 桥式起重机吊架优化设计...................................................................................... 137 9.1 工程背景................................................................................................................. 137 9.2 工程概述.................................................................................................................. 137 9.3 集成软件的选择..................................................................................................... 137 III
    ISIGHT 工程优化实例 9.4 限元计算模型介绍.................................................................................................. 138 9.5 优化模型.................................................................................................................. 138 9.7 iSIGHT 集成优化.....................................................................................................140 9.9 优化结果及其分析.................................................................................................. 145 9.9 工程优化点评与提高............................................................................................. 147 9.10 多学一招—ABAQUS 输入、输出文件方法......................................................... 148 第十章 CRH5 轮轴材料参数匹配优化设计....................................................................... 149 10.1 工程与概述........................................................................................................... 149 10.2 优化问题描述....................................................................................................... 149 10.3 集成软件的选择................................................................................................... 149 10.4 限元计算模型介绍................................................................................................ 149 10.8 优化模型................................................................................................................ 149 10.7 iSIGHT 集成优化...................................................................................................151 10.8 优化结果及其分析................................................................................................ 155 10.9 工程优化点评与提高........................................................................................... 155 10.11 多学一招—MSC.Mac 中结果输出方法.............................................................155 第十一章 车体实验设计...................................................................................................... 156 11.1 工程与概述........................................................................................................... 156 11.2 优化问题描述....................................................................................................... 156 11.3 集成软件的选择................................................................................................... 156 11.4 限元计算模型介绍................................................................................................ 156 11.9 模压强化优化模型............................................................................................... 156 11.7 iSIGHT 集成优化...................................................................................................156 11.9 优化结果及其分析................................................................................................ 160 11.9 工程优化点评与提高........................................................................................... 160
    第一章 认识 iSIGHT 1.1 iSIGHT 软件简介 iSIGHT 是美国 Engineous 公司出品的过程集成、优化设计和稳健性设计的软件，可 以将数字技术、推理技术和设计探索技术有效融合，并把大量的需要人工完成的工作由 软件实现自动化处理，在多学科优化类软件中市场知名度和占有率均居第一位，占有 55 ％的市场份额。iSIGHT 软件可以集成仿真代码并提供设计智能支持，从而对多个设计可 选方案进行评估，研究，大大缩短了产品的设计周期，显著提高。 iSIGHT 软件由 Siu S.Tong 博士首创，做为 Engineous 公司创始人和董事长他于 1979-1983 年在 MIT 攻读博士期间，首次提出了“软件机器人”概念。1982 年 Tong 博 士加入通用电气公司进一步实现这个构想。他组织并领导一个小组，致力于开发第一代 “软件机器人”技术，并获得通用电气和美国政府 1200 万美元投资。经过十余年时间 发展，“软件机器人”工程化、实用化不断加强。 当意识到工业界对 iSIGHT 设计开发环境的普遍认同和巨大需求后，1994 年 Siu S.Tong 成立 Engious 公司开始将 iSIGHT 软件商业化。目标是为大量使用计算机仿真模 型的工业界提供先进工程设计和管理软件，并同时提供相关服务。1995 年 iSIGHT 第一 个商业版本发布。该版本拓展了早期 iSIGHT 软件的许多功能。1996 年和 1997 年 iSIGHT 新版本相继发布，在集成各类仿真软件的灵活性和易用性方面获得极大提高。经过最初 三个版本的发布，iSIGHT 软件商业化达到了很高程度，这意味着更好的用户界面、更 强的可用性、更直观的求解监视、以及对多学科综合设计更有力的支持。2004 年初， Engineous 收购了 Synaps， 一家地处亚特兰大的基于过程集成和设计优化（PIDO）的 软件供应商。这次收购行为提供了一个非常好的契机，Engineous 将 Synaps 产品的先进 技术融合到 iSIGHT 软件当中。2004 年秋，iSIGHT 9.0 发布，除了从 Synaps 产品中提 取出的几个特别著名的功能外(如， Pointer 优化器，仿真云图，自动生成 EXCEL 格式 报表等 )，最新版本中包含的最主要的先进技术还有：selectable terms for response surface methods,径向基函数（RBF）神经网络近似模型，动态稳健设计方法。 iSIGHT 在缩短产品设计周期、降低产品成本、提高产品质量等方面，每天都在取 得令人瞩目的突破。据美国权威市场调查公司 Daratech 统计，iSIGHT 在过程集成和设 计优化领域的全球市场占有率超过一半，已成为航空、航天、汽车、兵器、船舶、电子、 动力、机械、教育研究等领域首选的过程集成、设计优化和可靠性稳健设计的综合解决 方案。 总的来说，iSIGHT 软件有集成自动化、结果数据综合分析以及网络运算三大优势。 1
    ISIGHT 工程优化实例 1.1.1 集成自动化 一个典型的工程需要不断进行“设计－评估－改进”的循环。CAD/CAE 的引入提 高了这一过程的效率。CAD 加快了造型、装配、出图的设计过程，而 CAE 则减少了大 量的试验，提供了有效的分析和评估工具。但是在这种设计过程中，80%的工作量是没 有创造性的重复性工作，中间环节繁杂易错。iSIGHT 通过一种搭积木的方式快速继承 和耦合各种仿真软件，将所有设计流程组织到一个统一、有机和逻辑的框架中，自动运 行仿真软件，并自动重启设计流程，从而消除了传统设计流程中的“瓶颈”，使整个设 计流程实现全数字化和全自动化。 一个典型的集成过程主要包括以下四个步骤： 软件集成（集成一个或多个仿真软件） 问题定义（定义设计变量、约束和目标函数，也称建模） 设计自动化（选择优化设计方案） 数据分析和可视化（实时监控设计分析过程） 对于优化设计的研究不断证实，没有任何单一的优化技术可以适用于所有设计问 题。iSIGHT 就此问题提供了两种解决方案：其一，iSIGHT 提供完备优化工具集，用户 可交互式选用并可针对特定问题进行定制；其二， iSIGHT 提供一种多学科优化操作， 以便把所有的优化算法有机组合起来，解决复杂的优化设计问题。iSIGHT 包含的设计 方法可以分为优化设计、试验设计、逼近计算和质量工程四大类，如图 1.1.1 所示。 1．优化设计 优化的目的是通过设计搜索，寻找满足约束条件和目标函数的最佳设计方案。 iSIGHT 提供了多种优化算法，主要有如下几种： ● 数值方法 ● 全局探索法 ● 启发式搜索 ● 多目标多准则优化算法 2、试验设计 在进行设计的时候，对于设计目标影响的因素有时候比较多，可是由于计算资源或 时间的因素不可能考虑所有的因素，所以 iSIGHT 提供了试验设计功能。通过试验设计 分析，发现对目标函数影响较大的关键参数，而对于那些影响轻微的参数在后续的设计 就可以忽略，在资源有限的情况下提高了计算效率，又保证结果的可靠性。iSIGHT 软件 中常用的试验设计有： ● 正交试验 2
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