[发明专利]一种基于ANSYS和MATLAB数据接口的结构拓扑优化设计平台

说明书

本发明涉及一种基于ANSYS和MATLAB数据接口的结构拓扑优化设计平台。该结构拓扑优化设计平台包括结构优化、结构分析和执行优化三个部分，结构分析是结构优化的基础，结构优化是执行优化的基础；结构优化以MATLAB为平台编制优化算法主程序；结构分析采用主程序调用ANSYS的后台Batch模式进行辅助计算；执行优化采用主程序调用ANSYS的“单元生死”模块执行单元杀死命令，使结构逐渐趋于最优拓扑形态。该结构拓扑优化设计平台用于为复杂的结构优化算法提供软件实现途径。

技术领域

本发明涉及一种基于ANSYS和MATLAB数据接口的结构拓扑优化设计平台，属于结构拓扑优化设计领域，用于为复杂的结构优化算法提供软件实现途径。

背景技术

到目前为止，优化设计应用于结构工程领域中已经有二十多年，以概念设计的方式服务于工程结构设计的初始阶段，为设计者灵活、理性的优选方案提供平台，为实际工程设计提供参考。目前，结构优化设计正处于蓬勃发展的时期，工程师们对优化方法有了更深层次的追求，希望优化方法的概念易懂，优化思路清晰，程序实现的方式既可靠又方便，兼顾效率和稳定性。

迄今为止，应用于结构优化方面较为成熟的商业软件在国内外还比较鲜有，以ANSYS商业软件为例，以ANSYS软件为平台的优化可分为三种实现途径：一是利用其自带的优化模块。在一些以有限元技术为核心的商业CAE软件中，通常都包含有很强大的结构优化设计功能模块，借助此模块可以便捷的解决一些一般性的优化问题，它的局限性在于它的优化约束条件不能很好地与结构现行规范进行接轨；二是结合ANSYS的“单元生死”模块，利用ANSYS提供的内置宏语言进行编程，实现二次开发优化程序。该方法适用于一些涉及反复运用有限元分析计算的一般性的结构优化问题；三是基于ANSYS与其他高级程序语言的数据接口，实现二次开发优化程序。在实际工程应用中，工程师们有时需要针对现有寻优算法进行改进和相互综合，以适应和满足各种不同设计方案的特定寻优需求。三种寻优途径相比之下，该方法具有灵活性更大的特点，其优化平台成为一个开放的系统，从而应对更为复杂的应用，可用于处理任何工程情况。

目前，探讨ANSYS和MATLAB数据接口应用于结构方面的研究主要分为两类，一类是研究MATLAB遗传算法工具箱与ANSYS软件之间的数据传递；一类是利用MATLAB建立数学模型并将数据导入ANSYS。本着拓展结构寻优途径的思想，本发明提出了一种利用有限元软件ANSYS和高级语言软件MATLAB的数据接口开发优化程序的方法。本发明的方法可以应用于各种新型寻优算法的实现。到目前为止，采用类似方法来实现结构优化问题尚未见报道。

发明内容

本发明目的是解决寻找结构最优拓扑构型的问题，为复杂的结构优化算法提供一种基于ANSYS和MATLAB数据接口的结构拓扑优化设计平台及兼顾效率和稳定性的软件实现途径。

本发明解决上述问题采用的技术方案：以渐进遗传新型优化算法为例，基于ANSYS和MATLAB数据接口的结构拓扑优化设计平台包括结构优化、结构分析和执行优化三个部分，结构分析是结构优化的基础，结构优化是执行优化的基础。

(1)结构优化：以MATLAB为平台编制遗传算法主程序，对于遗传算子的操作编制自定义函数供主程序调用，结构优化方法步骤如下：

1)主程序中首先应包括调用ANSYS读取APDL命令流文件的程序。

①技术原理：通过由MATLAB提供的用以执行shell命令的操作符来实现。

②技术特征：

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

其中，各参数具体内容如下：