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基于SFE和Isight的参数优化分析

江丙云

2年前浏览3413

以下文章来源于CAE数值优化轻量化，作者方永利

前言：SFE软件是一款可以进行隐式全参数化建模的软件，基于点-线-(截)面的建模体系，创建几何模型，并通过自动网格划分完成参数化有限元模型的创建。

SFE可参对象包括：

ØInfluencePoints(IP点)：包括基点/辅助点的空间坐标；线上点的曲线特征参数ØLines(线)：切角

ØBaseSections(基础截面)：截面点的坐标；片段切角

ØLocalSections(局部截面)：沿基线的曲线特征参数；沿三轴的转动；沿三个方向的移动；面内两方向的缩放

ØPID/MAT(属性/材料)：壳单元厚度，材料属性

通过对以上对象进行参数化，可以优化截面形状，梁系位置\形状，关键接头尺寸，部件厚度，材料等。

本系列主要介绍SFE联合优化软件进行参数优化的过程，包括Isight、optimus、LSOPT、modefrontier、Heeds等优化软件。

案例：

Ø分析模型：悬臂梁，一段固定约束，下侧边缘受均布载荷作用。悬臂梁带有中间截面，厚度为2mm。

Ø设计变量：局部截面(3个)Z向缩放系数，中间截面沿基线方向的移动。

Ø设计约束：自由端最大Z向位移≥-1mm。

Ø设计目标：质量最小。

一.创建SFE参数化模型

1.设置变量名称，点击Add添加设计变量。然后点击红色按钮开始进行变量录制。

2.打开局部截面菜单，点击修改截面，在图形界面选择要修改的局部截面。选择Scaling，对局部截面进行Z向缩放。

3.按照上一步操作，对其他两个局部截面进行参数录制。

4.添加中间截面位置变量。

5.打开修改梁界面，选择中间截面，创建截面位置参数。

6.打开Optimization窗口，定义设计变量，将之前录制的四个变量全部添加。

7.设置变量类型及上下限范围。

以上便完成了参数化模型的设置，保存模型用于后续优化集成。

二、基于优化软件的参数优化集成

SFE与优化软件的集成是通过后台调用SFE软件来实现的。通过SFE创建参数化模型后，可以导出对应优化软件所需的配置文件。通过不同优化软件接口导出的文件均包括三个文件：.con文件为批处理所需的控制文件，.mac文件为参数文件，另外一个文件为优化软件所需的接口文件，不同的优化软件具有不同的接口文件，用于进行优化软件的配置。其中，Heeds的文件为.in，Isight的文件为.desc，LSOPT为.com，modefrontier为.info，optimus为.instr，optisLang为.xml。以上文件的使用方式在后续的文章中详细介绍。

SFE软件的批处理命令为concept -a -b filename.con，其中.con文件会调用.mac参数文件和.SFECmod模型文件生成对应的有限元求解文件。优化软件对.mac进行参数化来修改变量，SFE后台进行模型的更新以及FE求解文件的生成。

.con批处理文件：

.mac变量文件：

2.1 基于Isight和SFE的参数优化

正如上文所述，在SFE导出Isight软件接口文件时，生成了一个.desc文件，这是一个Isight模型描述文件，Isight可以通过这个文件自动生成优化分析设置，包括设计变量的创建，文件的关联等。然而这个文件应该是早期版本Isight的描述文件，现在版本的文件已经无法正常读取生成模型。因此，无法直接使用SFE生成的.desc文件来自动创建Isight的优化流程。需要通过常规的方法来进行SFE软件的集成，这里使用simcode的方式来进行。

.desc文件

通过.desc文件自动生成的isight模型

当需要创建的变量较少时，可以手动的进行变量的设置。但当变量较多时，手动设置比较费时，因此可以通过自动创建变量的方式来进行。自动创建变量的最优解决方案是通过Isight二次开发来发布一个SFE软件的接口，该接口可以自动识别.mac变量文件，并自动创建参数。Isight软件二次开发使用的是Java程序语言。Isight还集成了SDK生成器用于生成component部件并且可以发布在Isight界面中。这个解决方案待后续完成接口开发后再讨论。另一个解决方案是通过程序读取.desc文件来生成Isight可识别的参数文件，这里使用python开发了一个小程序，程序通过读取.desc来自动生成参数文件，包括变量名，变量类型，上下限，和当前值。

8.添加一个simcode，在Parameters菜单中选择import，选择上一步通过程序生成的参数文件。则可以将所有变量导入，包括上下限值等信息。

9.在文本中选择对应的参数位置，在Parameter中选择对应的参数设置参数即可。按照同样的方式将所有的变量进行关联。

10.在command位置设置SFE批处理命令。

11.在Files位置添加正确运行SFE所需的其他文件，包括.SFECmod模型文件和批处理运行文件.con。

12.添加SFE生成的求解文件。

13.添加optistrcut求解所需的文件。

14.设置opitistruct命令。

15.添加.out文件读取质量设计响应。

16.添加.pch文件读取位移响应。

最后进行求解设置，如试验设计、优化分析等。

本文简单介绍了基于Isight和SFE的参数优化流程设置，其中对设计变量的创建做了简单的二次开发用于快速创建设计变量。SFE中isight优化接口的描述文件.desc只能在低版本的isight软件中使用。因此优化流程的设置需要手动完成。正如上文所述，SFE软件导出优化软件接口文件可以快速创建优化流程，只不过isight的描述文件只能用于低版本isight的软件使用。而入optismus、modefrontier等接口文件可以快速创建优化流程，这个在后续的文章中详细介绍。因为我这边没有安装SFE软件，这里就不给出计算结果了。