尺寸参数敏感度研究：悬臂梁DOE设计及响应面构建全流程HS-2005

在开始之前，请将本教程中使用的模型文件从 /HS-2005/ 复 制到您的工作目录。

您将创建一个全因子DOE来识别所有主效应和梁尺寸之间的所有交互作用。基本输入Templex Template beam.tpl为分别标记为长度、宽度和高度的梁尺寸定义了三个输入变量（L、B和H）。

 

{parameter(L,Length,50,50,100)}

{parameter(B,Width,2.5,2.5,5)}

{parameter(H,Height,5,5,10)}

{P = 100}

{E = 2e11}

{M = P*L}

{c = H/2}

{I = (B*H^3)/12}

{MAX_STRESS = (M*c)/I}

{MAX_DISP = (PL^3)/(3E*I)}

{VOLUME = BHL}

{MAX_STRESS}

{MAX_DISP}

{VOLUME}

一、执行研究设置

在此步骤中，您将添加一个研究并将输入文件加载到HyperStudy中。

DOE研究的输入变量（长度、宽度和高度）被选为因子。执行试运行运行（使用Templex作为求解器），并选择DOE研究的输出响应（在本例中为：体积、最大应力和最大位移）。

1.启动HyperStudy。

2.通过以下方式开始新研究：

a)在菜单栏中，单击File>New。

b)在功能区上，单击。

3.在Add Study对话框中，输入研究名称，选择研究的位置，然后单击OK。

4.转到Define Models步骤。

5.添加Parameterized File模型。

a)从Directory中，将beam.tpl文件拖放到工作区中。

 

b)在Solver input file列中，输入beam.tpl。

这是HyperStudy在任何评估期间写入的求解器输入文件的名称。

c)在Solver execution script列中，选择Templex 。

6.单击Import Variables。

从beam.tpl资源文件导入三个输入变量。

7.转到Define Input Variables步骤。

8.查看输入变量的下限和上限范围。

二、执行试运行

1.转到Test Models步骤。

2.单击Run Define。

在study Directory中创建approaches/setup_1-def/ 目录。approaches/setup_1-def/run__00001/m_1目录包含输入文件，该文件是试运行的结果。

三、创建和评估输出响应

在此步骤中，您将创建三个输出响应：Max_Stress、Max_Disp和Volume。

1.转到Define Output Responses步骤。

2.创建Max_Stress输出响应。

a)从目录中，将位于approaches/setup_1-def/run__00001/m_1中的beam.tpl文件拖放到工作区中。

b)在File Assistant对话框中，将Reading技术设置为Altair® HyperWorks®，然后单击Next。

c)选择Single item in a time series，然后单击Next。

d)定义以下选项，然后单击Next。

§将Type设置为Unknown。

§将Request设置为Block 1。

§将Component设置为Column 1。

 

e)将输出响应标记为Max_Stress。

f)将表达式设置为First Element。

Note： 因为这个数据源中只有一个值，所以HyperStudy在m_1_ds_1后插入[0]，从而选择数据源中的第一个（也是唯一一个）条目。

g)单击Finish。

 

3.重复步骤2 以创建Max_Disp和Volume输出响应。

4.在工作区的Expression字段中，编辑表达式。

a)对于Max_Disp，在m_1_ds_2后，将[0] 更改为[1]。

b)对于Volume，在m_1_ds_3后，将[0] 更改为[2]。

 

5.单击Evaluate以提取响应值。

四、运行DOE

在此步骤中，您将通过选择DOE矩阵和输入变量来设置DOE方法。

输入变量可以是受控的，也可以是不受控制的。在本练习中，考虑了全因子DOE矩阵。这提供了所选输出响应的输入变量的主要效果及其彼此之间的交互。输入变量的长度、宽度和深度被引入为受控变量，并研究了它们对以下输出响应的影响：最大应力、最大位移和体积。

1.添加DOE。

a)在Explorer中，右键单击并从上下文菜单中选择Add。

此时将打开Add对话框。

b)对于Definition from ，选择一种方法。

c)选择DOE，然后单击OK。

2.转到DOE 1>Specifications步骤。

3.在工作区中，将Mode设置为Full Factorial。

4.单击Apply。

5.转到DOE 1>Evaluate步骤。

6.单击Evaluate Tasks。

7.通过单击Evaluation Data和Evaluation Plot选项卡来监控评估的进度。

8.转到DOE 1>Post-Processing步骤。

9.查看每个受控参数对所选输出响应的主要影响。

a)单击Linear Effects选项卡。

b)在Channel选择器上方，单击 以绘制线性效果。

c)使用Channel选择器选择所有输入变量和Max_Stress输出响应。

查看单个输入变量对输出响应的影响，或查看多个输入变量对输出响应的影响。

 

如图6 所示，当长度从50个单位增加到100个单位时，最大应力从225增加到450。将宽度从2.5个单位增加到5个单位，最大应力会降低相同的量。长度和宽度对最大应力的贡献是相同的。将高度从5个单位增加到10个单位，最大应力的降低幅度更大（从530增加到130）。很明显，对于最大应力输出响应，高度比长度或宽度具有更大的主效应。

10.单击Distribution选项卡以查看Max Stress的直方图。

 

五、对回归方程执行拟合

在此步骤中，您将为DOE研究创建近似值。

每个输出响应（最大应力、最大位移和体积）的一阶回归方程都是根据DOE研究创建的。由于输入变量有两个水平，因此只能生成一阶方程。

1.添加Fit。

a)在Explorer中，右键单击并从上下文菜单中选择Add。

b)在Add对话框中，选择Fit，然后单击OK。

2.导入矩阵。

a)转到Fit 1>Select Matrices步骤。

b)单击Add Matrix。

c)在工作区中，将Matrix Source设置为DOE 1（doe_1）。

d)单击Import Matrix。

 

3.定义规范。

a)转到Fit 1>Specifications步骤。

b)在工作区的Fit Type列中，为所有输出响应选择Least Squares Regression（LSR）。

c)单击Apply。

 

4.评估任务。

a)转到Fit 1>Evaluate步骤。

b)单击Evaluate Tasks。

5.转到Fit 1>Post-Processing步骤。

6.单击Residuals选项卡。

Residuals表显示求解器的输出响应值与根据回归方程计算的输出响应值之间的差值。此表还可用于确定哪些运行在回归模型中生成更多错误。% error列显示预测的输出响应不接近观测值。如果选择更多水平，则可以减少% 误差，例如，在本练习中使用三水平设计。

 

7.绘制输出响应与输入变量的关系图。

a)单击Trade-Off选项卡。

b)在Inputs窗格中，选中Length的X Axis和Y Axis复选框。

c)使用Channel选择器，选择器Max_Stress。

d)在Outputs窗格中查看绘图。

  来源：TodayCAEer