沒有對比就沒有提高！尋找影響阻力特性的那些關鍵設計參數

最新 05-09

再見！解析表達式

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有那麼多的設計參數，哪些參數才對計算結果有顯著影響？它們各自的響應又如何？它們影響的主次關係呢？這些問題常常是真正結構優化前需要仔細考慮的問題。

理論上，只要確定計算結果的解析表達式，問題會變得相對簡單。舉個例子，矩形梁的應變計算中，截面幾何形狀參數b和d在My、Mz的作用下，不同情況對結果的影響是不同程度的。但在這種存在簡單解析表達式的情況下，參數敏感程度是顯而易見的。在Mz作用下，調整參數d比改變b更加有效，因為d與應變可是立方關係。

不幸的是，實際設計過程中，並不總是這樣簡單的結構。如果有10個幾何參數呢？如果對於應力計算，考慮到應力集中等因素，並沒有準確的解析表達式呢？比如桿式應變天平的阻力系統，結構就相對複雜，如何來分析參數的敏感程度，從而指導優化設計的方向呢？

天平君在本文中採用ANSYS Workbench (AWB) + UGNX的參數化設計分析平台。平台可以實現雙向參數更新，也就是ANSYS可以讀寫UG的數據文件，實現模型的參數化。平台安裝若無問題，在UG菜單中會出現ANSYS的相應菜單。關於AWB的參數化分析，天平君之前也有詳細介紹（我要穿越看參數化模擬、倒圓分析），這足以見得參數化分析簡直就是「攻城獅」日常。

在AWB中建立靜力學分析流程，將參數化模型PRT文件直接鏈接至Geometry,材料參數使用庫中自定義的不鏽鋼材料。

雙擊DM，再點閃電更新模型，可見到建立好的實體模型已經導入AWB的DM。將參數全部勾選，可見藍色的『P』出現在各參數前面，前綴是『DS_』的參數被自動識別。

建立三個名稱選擇集（不是必要的，主要方便每次手動更改模型時簡化操作），分別是而A、B、C，分別對應應變提取的面Gauge、固定端S和載入端F。

在Gauge面上建立局部坐標系，由Gauge名稱選擇集定義。

在Gauge面上建立一條路徑，選擇剛定義的局部坐標系，起點為（0，7，0）（0，-7，0），用於提取貼片處的應變。路徑的坐標並不能參數化，因此這個參數需要合理設置，否則可能會越界而得到不正確的結果。即使尺寸變化，該路徑也會附著在這個面上，只要面編號沒有改變（即不改變拓撲結構）。

網格劃分，然後進行求解設置。分別設置2個載荷步：第一步求解X=1500N時阻力Gage上的應變；第二步求解所有載荷施加後阻力系統的最大應力及位移。我們要得到模型上面各幾何參數對這三個計算結果的影響及趨勢。

結果設置中，定義應變結果變數為所建立的路徑上的最大應變、模型上的最大應力以及模型的最大位移。點擊求解，可以得到計算結果。這樣也順便檢驗了求解過程是否正確。

前面這部分都是一般的靜力學求解，選取的參數還沒有發揮作用。保存並關閉模擬模塊，回到項目管理界面，已經可以看見參數設置線框了。然後，添加參數相關性分析模塊。

選中所有要分析的參數，每個參數根據幾何變化範圍設置其邊界lower bound 和upper bound，然後設置DesignPoints數量為20（如何需要更加準確，可以設置更多，但求解時間會更長），再點preview，可以看見生成的計算樣本點。

點擊update進行參數化求解，數個小時後可得計算結果。首先給出相關性數值矩陣。可以看到斜槽的角度與應力和最大位移的相關係數分別達到了-0.4和-0.54(負號表示了減函數，即增加變數，結果會減小)。支撐片的厚度DS_Ts與應變的相關係數達到了-0.8。所以，單從應變的角度講，要增加阻力元的靈敏度，直接減小支撐片的厚度，改善將非常可觀。

這個表給出了相關性係數，但是不夠直觀。下面給出相關的參數影響程度排名。沒有對比就沒有傷害啊！阻力元應變基本只受支撐片厚度影響，其它影響總和差不多只有10%。所以，如果沒有這個對比，是不是有人會傻傻去調整阻力測量梁的截面尺寸呢？再看最大應力，基本只與DS_W有關；最大變形與DS_alpha和DS_Lx強相關。