SIMPACK與iSIGHT聯(lián)合進行優(yōu)化分析

2016-10-24 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

GET集團工程仿真中心張志華

摘要:隨著各個軟件以及各個學科之間融合程度的不斷深化,越來越多的仿真分析工作不是在一個軟件里能夠完成的,因為每一個軟件都有自己所擅長分析的學科或者領(lǐng)域。因此,使用不同的軟件進行聯(lián)合分析成為越來越多的使用者的選擇。在動力學分析領(lǐng)域,SIMPACK作為專家級的動力學仿真軟件,在國內(nèi)的應(yīng)用越來越廣泛。而在多學科優(yōu)化領(lǐng)域,iSIGHT堪稱拳頭級產(chǎn)品。因此,怎樣實現(xiàn)SIMPACK與iSIGHT的聯(lián)合分析,使兩個軟件發(fā)揮自己獨特的優(yōu)勢成為越來越多的人感興趣的話題。本文以一個動力學里簡單的彈簧振子模型向大家描述如何實現(xiàn)SIMPACK與iSIGHT的聯(lián)合優(yōu)化。

一、iSIGHT的先決條件

iSIGHT軟件作為一個多學科優(yōu)化的平臺性軟件,其與眾多的軟件有著非常良好的接口。但是從實際應(yīng)用的角度來說,不管想與iSIGHT聯(lián)合的軟件與iSIGHT有沒有接口,只要滿足三個條件均可實現(xiàn)與iSIGHT的聯(lián)合:

模型文件可讀或者可以控制模型文件的某些文件可讀;這樣iSIGHT可以通過讀入這些文件來對模型實現(xiàn)參數(shù)化;
解算器可以自動批處理計算;在iSIGHT對所設(shè)定的變量賦以不同的值進行優(yōu)化分析時,是沒有人的參與在里邊的,所以就要求與iSIGHT聯(lián)合的軟件可以實現(xiàn)計算批處理;
結(jié)果文件可讀;iSIGHT可以讀入結(jié)果文件中的某些值或者量,將這些量作為響應(yīng),從而可以實現(xiàn)優(yōu)化分析時約束和目標的定義;

從以上三個條件來看,SIMPACK均沒有問題,因此,SIMPACK與Isight的聯(lián)合從理論上來說不存在任何問題。

從實際應(yīng)用來看,SIMPACK的spck文件可讀,iSIGHT可以讀入實現(xiàn)參數(shù)化,但是如果動力學模型比較復(fù)雜,則讀入spck文件會比較費時。因此可以采用SIMPACK中的置換變量文件來代替spck文件。

SIMPACK的批處理計算我們可以編寫批處理腳本來實現(xiàn)。

SIMPACK的后處理默認輸出的是sbr文件,該文件為二進制文件,Isight直接無法讀入該文件。但是我們可以將該文件轉(zhuǎn)化成文本文件,進而使Isight能夠讀入。同時為了提高iSIGHT讀入該文件的速度,我們將輸出的結(jié)果做一些限定,使輸出的文件比較小。有時候我們在iSIGHT中需要設(shè)置比如某些量最大、最小等等。這些設(shè)置我們也可以在SIMPACK的前處理中提前設(shè)置好,從而可以減少在iSIGHT中設(shè)置與讀取的時間,提高效率。

二、SIMPACK模型

在SIMPACK中怎樣創(chuàng)建彈簧振子模型在這里我們不做具體描述,所創(chuàng)建的彈簧振子動力學模型如圖1所示。

圖1彈簧振子模型

在該模型中,我們對于振子質(zhì)量、彈簧剛度、阻尼做成置換變量,并將這些置換變量輸出成置換變量文件,如圖2所示。也就是說,我們通過更改置換變量文件中相應(yīng)的參數(shù),就可以更改模型。因此,該置換變量文件我們可以讀入iSIGHT中實現(xiàn)對這些量在iSIGHT中實現(xiàn)參數(shù)化。

圖2置換變量文件

我們在SIMPACK的Solver Setting中將所有的輸出都去掉,只保留result elements的輸出。在該實例中,我們假定我們在iSIGHT中需要定義振子的最大速度和最大加速度作為響應(yīng)。因此,我們可以在SIMPACK中定義最大速度和最大加速度作為結(jié)果單元進行輸出。

首先我們在SIMPACK中定義最大值過濾器,如圖3所示。

圖3最大值過濾器

然后我們再定義速度和加速度作為結(jié)果單元輸出,如圖4所示。

圖4速度和加速度輸出單元

最后,我們對速度和加速度輸出使用最大值過濾器,如圖5所示。

圖5最大速度和加速度輸出

為了滿足iSIGHT中對于自動批處理計算的要求,我們需要編寫SIMPACK的解算腳本文件solver.bat:

"C:\ProgramFiles\SIMPACK-9.7\run\bin\win64\simpack-slv.exe"-s"D:\ansys\isight\Simpack_Isight\time_integration.sjs"

其中,sjs是計算腳本文件,大家可以參考SIMPACK的相關(guān)幫助進行編寫。

后處理結(jié)果自動轉(zhuǎn)化為文件結(jié)果的腳本post.bat:

"C:\ProgramFiles\SIMPACK-9.7\run\bin\win64\simpack-post.exe"-s"D:\ansys\isight\Simpack_Isight\sbr2csv.qs""D:\ansys\isight\Simpack_Isight\gk.output\gk.sbr""D:\ansys\isight\Simpack_Isight\111"

其中,qs文件是利用SIMPACK的后處理的QSA語言進行編寫的,sbr是SIMPACK計算的輸出文件,111是我們將sbr轉(zhuǎn)化成的文本文件。

三、iSIGHT模型

在iSIGHT中根據(jù)優(yōu)化分析的要求,建立Isight中的模型如圖6所示。

圖6 iSIGHT優(yōu)化模型

在圖6所示的iSIGHT的模型中,我們使用了兩個聯(lián)合優(yōu)化代碼圖標Simcode和Simcode-1。其中Simcode負責前處理參數(shù)化模型以及自動化計算;Simcode-1負責轉(zhuǎn)化計算結(jié)果以及將計算結(jié)果中的某些值定義為響應(yīng)。

在Simcode中,我們將SIMPACK的置換變量文件讀入進行參數(shù)化,如圖7所示。由于本文只是描述SIMPACK與iSIGHT聯(lián)合優(yōu)化的一般步驟,所以我們只是簡單的選擇SIMPACK模型中的質(zhì)量和剛度作為參數(shù)進行參數(shù)化。同時在“command”中將solver.bat文件讀入。

圖7對模型參數(shù)進行參數(shù)化

在Simcode-1中,我們將SIMPACK輸出的111.csv文件讀入,將最大速度和最大加速度作為響應(yīng),如圖8所示。同時在“command”中將post.bat文件讀入。

圖8 將模型輸出定義為響應(yīng)

在optimization1圖標中,我們將最大加速度設(shè)置為約束;將最大速度設(shè)置為目標,如圖9所示。并設(shè)置質(zhì)量和剛度的范圍分別為(5,10)和(100,300)。

圖9定義目標和約束

至此,我們完成了iSIGHT中模型的創(chuàng)建。創(chuàng)建完成的模型數(shù)據(jù)流如圖10所示。

圖10優(yōu)化模型數(shù)據(jù)流

四、聯(lián)合優(yōu)化分析結(jié)果

模型創(chuàng)建完成后,點擊運算圖標進行計算,如圖11所示。

圖11計算結(jié)果

從圖11所示的計算結(jié)果來看,質(zhì)量為10,剛度為202是滿足我們設(shè)定的約束和目標的最優(yōu)結(jié)果。當然,iSIGHT中也提供了多種功能可以使用戶深入的研究變量和響應(yīng)等的關(guān)系,如圖12所示。

圖12計算結(jié)果云圖顯示

五、總結(jié)

通過該實例我們介紹了SIMPACK與iSIGHT聯(lián)合進行優(yōu)化分析的一般步驟,當然了大家需要優(yōu)化的具體實例不同,可能某些步驟會有差別,但是從總體上來說整個操作過程是類似的。同時通過這種聯(lián)合,我們可以最大限度的發(fā)揮各個不同軟件在不同的領(lǐng)域或者學科的專長,從而使我們對某些問題的研究可以更加深入。

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