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压力容器的优化设计

news 来源：原创 2025/7/18 1:44:06

1 优化设计概述

优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术。所谓“最优设计”，指的是一种方案可以满足所有的设计要求，而且所需的支出（如重量，面积，体积，应力，费用等）最小。也就是说，最优设计方案就是一个最有效率的方案

设计方案的任何方面都是可以优化的，比如说：尺寸（如厚度），形状（如过渡圆角的大小），支撑位置，制造费用，自然频率，材料特性等。实际上，所有可以参数化的ANSYS选项都可以作优化设计。

在以下的约束天条件下找出如下矩形截面梁的最小重量：

总应力σ不超过σmax【σ≤σmax】
梁的变形δ不超过δmax【δ≤δmax】
梁的高度h不超过hmax【h≤hmax】

图1-1 梁的优化设计示例

2 优化设计三要素

2.1 设计变量

设计变量（DVs）为自变量，优化结果的取得就是通过改变设计变量的数值来实现的。每个设计变量都有上下限，它定义了设计变量的变化范围。在以上的问题里，设计变量很显然为梁的宽度b和高度h。b和h都不可能为负值，因此其下限应为b，h>0，而且，h有上限hmax。

2.2 状态变量

状态变量（SVs）是约束设计的数值。它们是“因变量”，是设计变量的函数。状态变量可能会有上下限，也可能只有单方面的限制，即只有上限或只有下限。在上述梁问题中，有两个状态变量：（总应力）和（梁的位移）。

2.3 目标函数

目标函数是要尽量减小的数值。它必须是设计变量的函数，也就是说，改变设计变量的数值将改变目标函数的数值。在以上的问题中，梁的总重量应该是目标函数。ANSYS Workbench可以定义多目标函数。

3 优化设计方法

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