练习题7响应面和优化.docx
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练习题7响应面和优化.docx
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练习题7响应面和优化
练习题7:
响应面和优化
本练习通过指导用户完成如下任务,细化电子机箱模型:
1.定义开孔位置和开孔率(freearearatio)的研究参数
2.创建响应面,以确定最佳外形和理解设计的敏感性
Tutorial7–ResponseSurfacesandOptimization
本练习将研究改变进口通风位置和开孔率下热性能的敏感性,为了非热设计方面的原因,我们假定需要进一步减小开孔面积。
同时也注意到,模型采用了简化的主板和电源模块,以加速求解,使求解时间控制在培训可接受的范围内,并且,不影响我们研究详细模型的参数和优化。
如果Tutorial6没有被导入,先要导入(Load),并另存为Tutorial7.
输入标题(Title)为“OptimizeVenting”
我们首先要做的是将进风口的高度改为50mm,以减小空气流入的面积
首先,调整机箱(Chassis)的HighX壁面上孔(Hole)的高度为50mm.
在项目管理(ProjectManager)窗口中右击HighX壁面上的孔(Hole),进入Construction菜单,将尺寸中238mm改为50mm,点击OK退出
在出现的网格改变信息窗口中点击‘No’
接着,改变多孔板(PerforatedPlate)尺寸,使之和孔的大小一致
右击‘HighXPerf’,进入Construction菜单
改变尺寸238mm为50mm.
我们还需要改变定义孔的方式,使后面的练习时可以简单地设定参数的变化
Inthe在右图的对话框中,将覆盖(Coverage)设置从间距(Pitch)设定改为开孔率(FreeAreaRatio)
设置开孔率(FreeAreaRatio)为0.95.
现在,我们在优化模块(CommandCenter)中可以定义一个变量(theFreeAreaRatio),不需要定义两个变量(X-PitchandY-Pitch).
在绘图板(DrawingBoard)窗口中,检查一下确保多孔板(PerforatedPlate)和开孔(Hole)在相同的位置。
如果位置不对,使用对齐(Align)工具
使他们对齐
接着,我们将主板和电源模块更换为之前的简化模型
首先,在项目管理(ProjectManager)窗口中,选择失效(de-activated)的‘PSU’组件,点击
将其激活(activate)
接着,打开库管理(LibraryManager),找到先前创建的Intro_Library文件夹
将‘Electronics’立方体拖到根组件(RootAssembly)下
模型中现在是主板和电源模块的简化模型。
将详细模型移到库管理(LibraryManager)中。
将‘Electronics’组件拖到库管理(LibraryManager)的‘Intro_Library’文件夹中
将‘power_supply_asm’组件拖到库管理(LibraryManager)的‘Intro_Library’文件夹中
按住CTRL键,选择‘Electronics’和‘power_supply_asm’组件,点击删除(Delete)键
按上面步骤操作后,项目管理(ProjectManager)窗口的显示应该如右图所示
关闭库管理(LibraryManager),进行下一步骤的设置
点击项目管理(ProjectManager)窗口中的图标
,打开优化模块(CommandCenter)窗口
在优化模块(CommandCenter)窗口下方有五个按钮,默认输入变量(InputVariables)是激活状态
输入变量(InputVariables)项目用来定义可以变化的参数
需要设置的第一个输入变量(InputVariable)是机箱上进风口的位置(location)
输入变量(InputVariable)项中,展开根组件(RootAssembly)节点,在树中找到‘Chassis’
展开‘Chassis’节点,再展开‘Wall(HighX)’节点
展开‘Hole’节点,再展开‘AbsoluteLocation’节点
双击‘YLocation’,表示这个参数作为输入变量(InputVariable)
这个输入变量选中后,观察右侧屏幕中的选项
选择设计参数(DesignParameter)选项,输入:
最小值(MinimumValue)=6mm
最大值(MaximumValue)=194mm
点击‘ApplyVariation’.
这样会给优化模块定义一个参数的变化范围,以从中找出最优解。
备注:
在基础模型中,这个值是6mm.该值在表中显示为‘Scenario0’
列出的当前值(‘CurrentValues’)在开始优化时才会被改变
练习中,还有一个变量是‘HighXPerf’多孔板的位置,很明显,这不是独立的变量,它必须和孔的位置是相关的。
为了实现相关性,在输入变量(InputVariables)项中,找到物体‘HighXPerf’并双击‘YLocation’。
选择线性函数(LinearFunction)选项
点击‘AddTerm’按钮.
点击*Unset*区域,从下拉菜单中选择‘Hole:
YLocation’
现在‘HighXPerf’的Y方向位置定义为1*Y-locationoftheHole,这正是我们需要的
点击‘ApplyVariation’.
注意到取决于原始的多孔板模型,可能会出现一个信息窗口:
这表示多孔板和孔的原点开始时是在不同位置,CommandCenter自动调整线性函数(LinearFunction)进行补偿,点击OK继续。
第三个也是最后一个变量是多孔板(PerforatedPlate)的开孔率(freearearatio)
在参数数据‘High-XPerf’的文件夹中,双击‘PerfPlateFreeAreaRatio’.
选择设计参数(DesignParameter),输入:
MinimumValue=0.25
MaximumValue=0.95
点击‘ApplyVariation’.
回顾一下,现在我们有两个独立的变量(孔的位置和XHighPerf多孔板的开孔率).我们也定义了多孔板XHighPerf的位置始终等于孔的位置。
下一步是要定义哪个结果是需要提取出来并形成响应面的(ResponseSurfaces),我们还要定义哪个结果用于形成代价函数(costfunction),代价函数是优化模拟的目标函数。
选择优化模块(CommandCenter)窗口下的‘OutputVariables’按钮
找到‘Electronics’立方体,双击,可以看到所有可以用来定义为输出变量(OutputVariable)的参数
展开‘SurfaceTemperatures’.
展开‘MaxS-FSurfaceTemperature’
双击‘ZHighMaxS-FSurfaceTemperature’指定其为输出变量(OutputVariable)
勾选右侧的包含在代价函数中(IncludeinCostFunction)选项
按这样的设置,优化模块(CommandCenter)会提取立方体HighZ一侧的最大表面温度,每次求解结束时会显示出来。
对于这个简单的例子,我们认为热性能的好坏体现在这个最大表面温度上。
代价函数用于定义求解中哪些值是需要优化的,当我们寻找优化答案时,优化模块将试着降低这个表面温度
当然,我们可以定义其他感兴趣的参数
使用之前的步骤,激活下面参数作为输出变量(OutputVariables)(但是,不要将他们包含在代价函数(CostFunction)中).
∙风扇静压(StaticPressureontheFan)
∙电源的温度监控点(TheTemperatureofthe‘PSUHeat’MonitorPoint)
点击下面相应的按钮,进入到‘ScenarioTable’
每一列代表一个FloTHERM方案,目前只有一个。
上面蓝色部分是输入变量,以及各个方案下的数值
下面浅褐色部分是输出变量,多出的一行用于显示代价函数(CostFunction)值.
我们用实验设计(DesignofExperiments)方法,在设计空间中形成两个独立变量不同的组合
在顶层菜单中使用Edit/DesignExperiments
改变实验设计数量(NumberofExperimentstoDesign)为15,点击‘Design’,生成不同的方案。
输入15可以增加求解面的覆盖率。
现在方案列表(ScenarioTable)中有16列,每一列是多孔板位置和开孔率(freearearatio)的不同组合
点击
图标(在优化模块窗口(CommandCenter)中),开始计算所有定义的方案
一旦所有模型都初始化完成(这需要花费一段时间,直到所有‘PendingInitialization’都变成了‘Queueing’),点击图形输入(GraphicalInput)按钮,再点击不同方案(variousscenarios),观察多孔板的变化。
提示:
提前在项目管理窗口中选中多孔板,可以看到红色显示的多孔板
备注that你可以在网络的其他机器上安装特别的volunteering软件,优化模块(CommandCenter)可以自动探测到这些机器,并分配不同方案让其计算
*需要额外的求解权限(Additionalsolverlicensesrequired)*.
当所有模拟都完成后,点击优化(Optimize)图标
对话框将显示输入参数的信息汇总
我们希望优化模块(CommandCenter)生成预估的之前定义过的所有输出变量(OutputVariables)的响应面(responsesurfaces),该响应面是输入变量的函数(InputVariables)。
完成后,优化模块(CommandCenter)马上就会用这些响应面预测可以减小代价函数值(CostFunction)的孔位置和开孔率的最优组合
为了实现这个功能,设置优化类型(OptimizationType)为‘ResponseSurfaceFromAll’,点击优化(Optimize)按钮
完成后,在方案列表(ScenarioTable)的最右侧就会出现新的列。
如果屏幕上看不见,移动下方的滑条。
新的列显示了响应面优化(RSOOptimum)方案,这会显示基于前面响应面的最优解。
该列同样可以显示所有输出变量(OutputVariables)和代价函数(CostFunction)的预估值.
预估优化结果同样重要的是可以看出对输入变量(InputVariables)变化的敏感性。
下面,我们用响应面的图形处理来研究这个问题。
进入Chart\3DRSOResultsViewer.
默认显示代价函数(CostFunction)的响应面,用左键选择视图。
视觉上可以明显看到代价函数的最小值在哪儿,同样重要的是可以看到,如果我们远离最优的孔位置时,代价函数会快速上升,不仅如此,当开孔率大于0.7时,响应面是比较平的。
这些信息对于热设计者是非常有用的
现在,我们看看其他输出变量(OutputVariables)的响应面
首先,关闭代价函数(CostFunction)图(点击右上角的‘X’).
然后,进入Window\Responses,激活‘PSUHeat:
Temperature’视图
旋转视图,观察并得出结论:
孔位置的最大值处是电源(PSU)热性能最好的
接着,进入Window\Responses,激活‘109P0812A202(80x80x32):
StaticPressure’视图.
使用Window\TileAutoLayout在屏幕上同时显示两个视图
哪个输入变量(InputVariable)对风扇静压(FanStaticPressure)影响最大呢?
完成后,在响应面视图中使用File\Close关闭窗口
也可以用2D观察单个输入变量对结果的响应面
点击Chart\2DRSOResultsViewer.
重复使用Window\Responses直到显示所有三个输出变量(OutputVariables)
相同方法,关闭掉代价函数(CostFunction)视图
点击Window\Settings勾选底部的‘autoscale’选项,点击OK退出.
视窗左侧有两个滑动条,上面一个控制孔位置,但此例子中这个是多余的,因为右侧所有视图均以孔位置(HoleLocation)作为X轴。
第二个滑动条控制‘HighXPerf’上开孔率这个输入变量(InputVariable).(如果您看不全所有开孔率数据,使用鼠标调整一下窗口大小).
首先,使用Window\AutoTileLayout按序排列各视图
然后,使用‘HighXPerf’开孔率滑动条自动改变开孔率,观察左侧视图的变化。
您也可以直接输入希望的数值,而不用滑动条
使用这些视图,寻找如下问题的答案:
∙电子立方体目标表面温度低于80C的情况下,如果开孔率是0.6,孔的位置多少可以接受?
∙如果开孔率是0.5呢?
∙如果开孔率是0.4,电源(PSU)温度最糟的是哪个方案?
∙如果我们设计孔位置是50mm,开孔率是0.4,我们得到的风扇静压是多少?
电源温度呢?
电子立方体表面温度呢?
下面,我们使用优化模块(CommandCenter)定义一个新的变量,使之用于下一个练习题
点击最右侧列的顶部,选择该列,然后右击列的顶部选择InsertAfter.
在新的列中,双击孔位置(HoleLocation)数值,输入50mm.按Enter键应用
在新的列中,双击‘HighXPerf’的开孔率,输入0.4,按Enter键应用
点击新列的顶部选择该列,然后右击选择SaveAs.
输入‘Tutorial8’作为新项目名称,点击OK保存
我们可以保存各个方案作为FloTHERM模型,用于模型的修改或者我们感兴趣的想进行进一步的后处理
关闭优化模块(CommandCenter)窗口,保存FloTHERM项目
ENDTUTORIAL7
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