53湖北生态工程职业技术学院学报JOURNALOFHUBEIVOCATIONALCOLLEGEOFECOLOGICALENGINEERING2010年第4期第8卷第4期Vol.8No.4收稿日期：2010-06-01作者简介：刘云平（1979-），男，讲师，硕士。研究方向：高层建筑结构的抗震设计研究，钢结构的优化设计研究。ANSYS软件的优化分析介绍刘云平，包华，陈明（南通大学建筑工程学院，江苏南通226007）[摘要]本文对结构优化设计的概念、算法及发展历史做了简单回顾，主要介绍了ANSYS软件的优化分析功能：优化变量，优化的步骤，优化方法及优化工具的选择，结果的提取与分析，及优化过程中的注意事项。最后以一门式钢架的优化为例，说明如何用APDL语言进行优化分析，及结果处理。[关键词]ANSYS软件；优化分析[中图分类号]TP311[文献标识码]A[文章编号]0000-2157/SG（2010）04-0053-050引言第二次世界大战期间在军事上首先应用了优化技术，直至今天优化技术还广泛地应用于军事和航天领域[1-2]。1967年，美国的R.L.福克斯等发表了第一篇机构最优化论文，1970年，C.S贝特勒等用几何规划解决了液体动压轴承的优化设计问题后，优杓圃诨?设计中得到应用和发展.随着数学理论和电子计算机技术的进一步发展，优化设计已逐步形成为一门新兴的独立的工程学科，并在生产实践中得到了广泛的应用[3]。特别是20世纪80年代末，在航空航天领域兴起了一种新的设计方法——多学科设计优化。该方法要求设计者在进行复杂系统的设计时，必须充分考虑各个学科之间的相互耦合关系，并利用适当的方法将系统分解为以学科为基础的模型，然后根据学科之间的相互关系，通过特定的框架协调和控制这些子系统（学科），从而最终获得系统的全局最优解[4]。后来，优化设计更加广泛地应用于其它行业，如军事、航天、机械、工程设计等。由于结构优化设计会带来可观的经济效益，再加上计算机及有限元的发展，使得优化设计广泛地应用于结构设计中[5-8]。结构优化设计是从众多方案选择最佳方案的技术。一般而言，设计主要有两种形式，即功能设计和优化设计。功能设计强调的是该设计能达到预定的设计要求，但仍能在某些方面进行改进。优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术。所谓“优化”是指“最大化”或者“最小化”，而“优化设计”，指的是一种方案可以满足所有的设计要求，而且所需的支出最小。优化设计有两种方法：解析法——通过求微分与极值，进而求出最小值；数值法——借助于计算机和有限元，通过反复迭代逼近，求出最小值。由于解析法需要列出方程，求解微分方程，对于复杂的问题不是难以列出方程就是难以求解，常用于理论研究。随着计算机的发展，结构优化算法取得了更大的发展。根据设计变量的类型不同，已由较低层次的尺寸优化，到较高层次的结构形状优化，现已到达更高的层次——拓扑优化。优化算法也由简单的准则法，到数学规划方法，进而到遗传算法等[9]。传统的结构优化设计是由设计者提供几个不同的设计方案，从中比较，挑选出最优的方案。这种方法，往往是建立在设计者的经验的基础上，再加上资源时间的限制，提供的可选方案个数有限，往往不一定是最优的方案。如想获得最佳的方案，就要提供更多的设计方案进行比较，这就需要大量的资源，单靠人力往往难以做到。只能靠计算机来完成这些，目前，能做结构的优化设计软件不多，国内流行的如MATLAB，54ANSYS等。其中ANSYS作为通用的有限元软件，有很强的前处理器，求解器，后处理器，还有很强的优化设计功能——即可以做尺寸优化也能做拓扑优化，其本身提供的算法能满足大部分的，为了有更大的适用性，ANSYS还支持用户提供的优化算法。一直被广泛地用于机械、航空、土木工程等方面。下面将主要介绍ANSYS软件优化设计的过程及注意事项，及在工程中的应用实例介绍。1ANSYS的优化分析步骤与注意事项ANSYS软件的优化模块集成于ANSYS软件中，它必须和参数化设计语言完全集合在一起工作才能发挥ANSYS优化设计的功能，APDL的利用是优化设计的一个核心步骤[10]。知彼知己，才能百战不殆。想用ANSYS做好满意的优化设计，必须对其功能进行很好地掌握，下面将详细地介绍其相关概念术语和优化过程及注意事项。1.1ANSYS优化设计的相关术语ANSYS优化模块相关术语有：设计变