[發明專利]一種基于ANSYS和MATLAB數據接口的結構拓撲優化設計平臺

在審

• 申請號: 201811018803.4
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109344440A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 李迎
• 申請（專利權）人: 李迎
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國人民解放軍防化研究院專利服務中心 11046
• 代理人: 劉永盛

本發明涉及一種基于ANSYS和MATLAB數據接口的結構拓撲優化設計平臺。該結構拓撲優化設計平臺包括結構優化、結構分析和執行優化三個部分，結構分析是結構優化的基礎，結構優化是執行優化的基礎；結構優化以MATLAB為平臺編制優化算法主程序；結構分析采用主程序調用ANSYS的后臺Batch模式進行輔助計算；執行優化采用主程序調用ANSYS的“單元生死”模塊執行單元殺死命令，使結構逐漸趨于最優拓撲形態。該結構拓撲優化設計平臺用于為復雜的結構優化算法提供軟件實現途徑。

技術領域

本發明涉及一種基于ANSYS和MATLAB數據接口的結構拓撲優化設計平臺，屬于結構拓撲優化設計領域，用于為復雜的結構優化算法提供軟件實現途徑。

背景技術

到目前為止，優化設計應用于結構工程領域中已經有二十多年，以概念設計的方式服務于工程結構設計的初始階段，為設計者靈活、理性的優選方案提供平臺，為實際工程設計提供參考。目前，結構優化設計正處于蓬勃發展的時期，工程師們對優化方法有了更深層次的追求，希望優化方法的概念易懂，優化思路清晰，程序實現的方式既可靠又方便，兼顧效率和穩定性。

迄今為止，應用于結構優化方面較為成熟的商業軟件在國內外還比較鮮有，以ANSYS商業軟件為例，以ANSYS軟件為平臺的優化可分為三種實現途徑：一是利用其自帶的優化模塊。在一些以有限元技術為核心的商業CAE軟件中，通常都包含有很強大的結構優化設計功能模塊，借助此模塊可以便捷的解決一些一般性的優化問題，它的局限性在于它的優化約束條件不能很好地與結構現行規范進行接軌；二是結合ANSYS的“單元生死”模塊，利用ANSYS提供的內置宏語言進行編程，實現二次開發優化程序。該方法適用于一些涉及反復運用有限元分析計算的一般性的結構優化問題；三是基于ANSYS與其他高級程序語言的數據接口，實現二次開發優化程序。在實際工程應用中，工程師們有時需要針對現有尋優算法進行改進和相互綜合，以適應和滿足各種不同設計方案的特定尋優需求。三種尋優途徑相比之下，該方法具有靈活性更大的特點，其優化平臺成為一個開放的系統，從而應對更為復雜的應用，可用于處理任何工程情況。

目前，探討ANSYS和MATLAB數據接口應用于結構方面的研究主要分為兩類，一類是研究MATLAB遺傳算法工具箱與ANSYS軟件之間的數據傳遞；一類是利用MATLAB建立數學模型并將數據導入ANSYS。本著拓展結構尋優途徑的思想，本發明提出了一種利用有限元軟件ANSYS和高級語言軟件MATLAB的數據接口開發優化程序的方法。本發明的方法可以應用于各種新型尋優算法的實現。到目前為止，采用類似方法來實現結構優化問題尚未見報道。

發明內容

本發明目的是解決尋找結構最優拓撲構型的問題，為復雜的結構優化算法提供一種基于ANSYS和MATLAB數據接口的結構拓撲優化設計平臺及兼顧效率和穩定性的軟件實現途徑。

本發明解決上述問題采用的技術方案：以漸進遺傳新型優化算法為例，基于ANSYS和MATLAB數據接口的結構拓撲優化設計平臺包括結構優化、結構分析和執行優化三個部分，結構分析是結構優化的基礎，結構優化是執行優化的基礎。

(1)結構優化：以MATLAB為平臺編制遺傳算法主程序，對于遺傳算子的操作編制自定義函數供主程序調用，結構優化方法步驟如下：

1)主程序中首先應包括調用ANSYS讀取APDL命令流文件的程序。

①技術原理：通過由MATLAB提供的用以執行shell命令的操作符來實現。

②技術特征：

！”D：\Program Files\ANSYS Inc\v120\ANSYS\bin\intel\ansys120.exe”-b -iinput file-o out file.bat

其中，各參數具體內容如下：