【正文】 路和方法。作為業(yè)界最全面的開放構(gòu)架的CAE解決方案，HypeWorks包括第一流的建模、分析、可視化和數(shù)據(jù)管理解決方案，能夠用于線性、非線性、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、流固耦合和多剛體動力學(xué)等多個方面。僅對于車身結(jié)構(gòu)分析而言，應(yīng)用CAE技術(shù)已經(jīng)能得到包括剛度、強(qiáng)度、模態(tài)以及疲勞壽命等參數(shù)。Altair MotionView通用多體系統(tǒng)動力學(xué)仿真及工程數(shù)據(jù)前后處理器，它在一個直觀的用戶界面中結(jié)合了交互式三維動畫和強(qiáng)大無比的曲線圖繪制功能。 　　Altair HyperForm集成HyperMesh強(qiáng)大的功能和金屬成型單步求解器，是一個使用逆向逼近方法的金屬板材成型仿真有限元軟件。Altair OptiStruct世界領(lǐng)先的基于有限元的優(yōu)化工具，使用拓?fù)鋬?yōu)化方法進(jìn)行概念設(shè)計。創(chuàng)新、靈活、合理的許可證無論是單機(jī)版還是網(wǎng)絡(luò)版，HyperWorks 許可單位（HWUs）都是平行的，所以不管你運行多少個HyperWorks模塊，只有需要HWUs最多的模塊才占用HWUs數(shù)。 　　模型參數(shù)優(yōu)化是通過極小化目標(biāo)函數(shù)使得模型輸出和實際觀測數(shù)據(jù)之間達(dá)到最佳的擬合程度，由于環(huán)境模型本身的復(fù)雜性，常規(guī)優(yōu)化算法難以達(dá)到參數(shù)空間上的全局最優(yōu)。 　　優(yōu)化模型參數(shù)，以滿足設(shè)計要求的過程包括以下任務(wù)： 　　1. 指定設(shè)計要求 　　2. 參數(shù)化設(shè)計目標(biāo) 　　3. 指定優(yōu)化選項 　　4. 運行優(yōu)化 HYPERSTUDY軟件的相關(guān)知識 HYPERSTUDY的簡單介紹HyperStudy是一個HyperWorks軟件包中的一款主要產(chǎn)品。HyperStudy的前身是Altair公司HyperWorks系列產(chǎn)品中的StudyWizard。適用于研究不同變化條件下設(shè)計變量的特性，包括非線形特性。模型易于參數(shù)化。HyperStudy具有良好的集成性，可以從HyperMesh, HyperForm, 和MotionView 軟件直接啟動同時獲取設(shè)計參量等。同時可與多種外部求解器合并使用，進(jìn)行線性和非線性的DOE、優(yōu)化和隨機(jī)分析。正確合理的實驗設(shè)計，可使實驗結(jié)果的可靠性顯著提高。實驗研究的目標(biāo)在于研究參數(shù)變化對于模型特性的影響，確定哪一種因素對于特定響應(yīng)最具有影響。試驗設(shè)計能夠定義一系列測試用于有目的識別或觀察參數(shù)變化對輸出響應(yīng)變化。響應(yīng)被描述為的參數(shù)代數(shù)表達(dá)式函數(shù)，即稱為響應(yīng)面，也就是建立一個近似模型被用做實際問題精確求解的替代模型。新的設(shè)計變量的組合不再用于原來的求解過程中，而是被插入響應(yīng)面方程以快速估算模型的響應(yīng)，不需要實際運算整個分析。利用HyperStudy的向?qū)到y(tǒng)定義設(shè)計參數(shù)，從求解的模型結(jié)果中提取數(shù)據(jù)來定義作為響應(yīng)，再把響應(yīng)分別定義為約束和目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化研究。它可與多種外部求解器合并使用用于線性和非線性的優(yōu)化分析，如耐撞性設(shè)計、多體動力系統(tǒng)模擬、金屬成形模擬、計算流體動力學(xué)（CFD），以及多學(xué)科性問題。第3章 實驗數(shù)據(jù)的收集與整理 激光加工簡述激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料（包括金屬與非金屬）進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一門加工技術(shù)。包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、加工機(jī)床、控制系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)。包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標(biāo)、劃線、微調(diào)等各種加工工藝。激光加工是國外激光應(yīng)用中最大的項目，也是對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造的重要手段，主要是kW級到10kW級CO2激光器和百瓦到千瓦級YAG激光器實現(xiàn)對各種材料的切割、焊接、打孔、刻劃和熱處理等。1998年總收入預(yù)計增長19％。激光加工應(yīng)用領(lǐng)域中，CO2激光器以切割和焊接應(yīng)用最廣，分別占到70％和20％，表面處理則不到10％。在美國和歐洲CO2激光器占到了70~80％。這項技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和社會效益都很高，故有很大的市場前景。如在汽車樣機(jī)和小批量生產(chǎn)中大量使用三維激光切割機(jī)，不僅節(jié)省了樣板及工裝設(shè)備，還大大縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期；激光束在高硬度材料和復(fù)雜而彎曲的表面打小孔，速度快而不產(chǎn)生破損；激光焊接在汽車工業(yè)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝，日本Toyota已將激光用于車身面板的焊接，將不同厚度和不同表面涂敷的金屬板焊接在一起，然后再進(jìn)行沖壓。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，激光加工技術(shù)和計算機(jī)數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結(jié)合，派生出激光快速成形技術(shù)。到了80年代，YAG激光器在焊接、切割、打孔和標(biāo)記等方面發(fā)揮了越來越大作用。隨著YAG激光器輸出功率和光束質(zhì)量的提高而被突破。YAG激光器特別適合焊接不允許熱變形和焊接污染的微型器件，如鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等。目前，國外激光打孔主要應(yīng)用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。打孔峰值功率高達(dá)30~50kw，打孔用的脈沖寬度越來越窄，重復(fù)頻率越來越高，激光器輸出參數(shù)的提高，很大程度上改善了打孔質(zhì)量，提高了打孔速度，也擴(kuò)大了打孔的應(yīng)用范圍。目前激光加工技術(shù)研究開發(fā)的重點可歸納為：新一代工業(yè)激光器研究，目前處在技術(shù)上的更新時期，其標(biāo)志是二極管泵浦全固態(tài)激光器的發(fā)展及應(yīng)用；精細(xì)激光加工，在激光加工應(yīng)用統(tǒng)計中微細(xì)加工1996年只占6％，1997年翻了一倍達(dá)12％，1998年已增加到19％；加工系統(tǒng)智能化，系統(tǒng)集成不僅是加工本身，而是帶有實時檢測、反饋處理，隨著專家系統(tǒng)的建立，加工系統(tǒng)智能化已成為必然的發(fā)展趨勢。存在的主要問題：科研成果轉(zhuǎn)化為商品的能力差，許多有市場前景的成果停留在實驗室的樣機(jī)階段；激光加工系統(tǒng)的核心部件激光器的品種少、技術(shù)落后、可靠性差。對加工技術(shù)的研究少，尤其對精細(xì)加工技術(shù)的研究更為薄弱，對紫外波激光進(jìn)行加工的研究進(jìn)行的極少。 工藝參數(shù)的收集與整理表31實驗不變參數(shù)加工長度加工圖形加工速度V波形脈寬激光功率If加清水，21cm直線4mm/s4100A415mm直線4150A35HZ5點4mm/s420HZ6點4mm/s4300A20HZ7點4mm/s4300A815cm直線4250A加915mm直線426Hz加1015cm直線4250A1115mm直線426Hz：圖31 f與寬度的擬合曲線（注：紅線均為擬合后的曲線，黑線為原數(shù)據(jù)曲線）圖32 速度與寬度的擬合曲線圖33 激光功率與寬度擬合曲線圖34 脈寬與半徑擬合曲線圖35 f與半徑的擬合曲線圖36 f與寬度的擬合曲線圖37 激光功率與寬度的擬合曲線圖38 f與寬度的擬合曲線圖39 激光功率與寬度擬合曲線：表32 實驗變量F（HZ）F（HZ）2—1107—152—2157—272—3207—392—4257—4112—5307—4132—6357—6152—7407—7172—8457—8192—9507—9212—1055F（HZ）加工速度V（mm/s）8—1154—18—2204—28—3254—38—4304—48—5354—58—6404—6激光功率I（A）激光功率I（A）9—11505—11509—21705—21759—31905—32009—42105—42259—52305—52509—62505—6275F（HZ）5—730010—1205—832510—2225—935010—3245—1037510—4265—1140010—528脈寬（ms）10—6306—1激光功率I（A）6—211—11506—311—21706—411—31906—511—42106—611—52306—711—6250表33 實驗結(jié)果樣品編號寬度（mm）半徑（mm）樣品編號寬度（mm）半徑（mm）217—12—27—22—37—32—47—42—57—52—67—62—77—72—87—82—97—92—108—14—18—24—28—34—38—44—48—54—58—64—69—15—19—25—29—35—39—45—49—55—59—65—610—15—710—25—810—35—910—45—1010—55—1110—66—111—16—211—26—311—36—411—46—511—56—611—66—70．3711 本章小結(jié)本章主要簡述了激光加工技術(shù)以及這項技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展，收集了激光加工的9個樣品共66組加工參數(shù)，并且分門別類的對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步的整理。對于這九組實驗，分別以參數(shù)變量和結(jié)果為設(shè)計變量和響應(yīng)建立Execl電子表格來進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。表格共3列，第一列是實驗的編號，第二列是設(shè)計變量（即參數(shù)變量），第三列是響應(yīng)（即實驗結(jié)果）。圖41 Excel電子表格 以第二組實驗為例建立分析模型1創(chuàng)建一個hyperstudy可以評估的輸入矩陣具體步驟如下：（1） 在Excel中打開的電子表格。（3） 將Excel表格保存為后綴是“.txt”的文本文檔格式。在這個優(yōu)化中，我將其分為三個步驟來做，具體步驟如下： 1）創(chuàng)建模型和定義設(shè)計變量：（1）由開始菜單欄中直接打開hyperstudy軟件。圖43 創(chuàng)建研究對話框（3）單擊Next按鈕，進(jìn)入到創(chuàng)建模型界面。圖44 創(chuàng)建模型對話框（7）單擊Next按鈕，進(jìn)入創(chuàng)建設(shè)計變量界面。圖45 創(chuàng)建變量對話框（9）單擊Next按鈕，進(jìn)入到做名義運行界面。（2）單擊Add Response按鈕，點擊Apply兩次，點擊Cancel創(chuàng)建兩個響應(yīng)Response_1和Response_2。并在Response expression field中輸入congvert（getenv（（STUDY_RUN_NUMBER：））1。圖47 創(chuàng)建向量對話框（5）在Vector resource file中選擇前面保存的“.txt”文件，在Vector file type中選擇Reference file，并對其進(jìn)行定義。點擊評估響應(yīng)表達(dá)式盒，表達(dá)式v_1[r_1]。3）關(guān)于敏感性（1）單擊Next按鈕，進(jìn)入敏感性界面，單擊Continue to按鈕，選擇DOE Study。這兩塊分為兩大步驟來做，具體步驟如下： 1）在電子表格中輸入試驗設(shè)計與結(jié)果 （1）單擊Add DOE Study，單擊OK按鈕，創(chuàng)建DOE分析時，Controlled factors中的DOE Class選擇Run Matrix。 （3）單擊Next進(jìn)入相互約束界面，在這個界面中，不需要編輯。在界面右邊，使用下拉菜單，將Col 0變?yōu)镹one、dv_1分配到第二個矩陣列（Col 1）。圖411 控制分配模塊 （5）點擊Next三次進(jìn)入提取反應(yīng)界面。圖412 提取反應(yīng)模塊2）創(chuàng)建一個近似。單擊Add，在Approximation Type中選擇Moving Least Squares，選中Add to all，單擊OK按鈕。單擊Import Matrix，單擊OK按鈕。圖415 構(gòu)建近似模塊 進(jìn)行優(yōu)化研究Hyperstudy流程樹中第四個部分是優(yōu)化研究，其具體步驟如下：（1）樹中選擇Create optimization study前面的空白框，進(jìn)入到創(chuàng)建優(yōu)化研究界面。圖417 創(chuàng)建優(yōu)化研究對話框（3）在界面右邊的Optimization Engine下拉菜單中選擇（ARSM） Adaptive Response Surface Method。（5）單擊Next進(jìn)入約束條件界面。（7）單擊OK按鈕。（9）單擊Next進(jìn)入目標(biāo)界面，單擊Add objective，單擊OK按鈕。圖420 優(yōu)化目標(biāo)圖圖421 優(yōu)化列表 DOE分析結(jié)果及最優(yōu)參數(shù)選擇圖422 DOE分析數(shù)據(jù)表圖422 擬合曲線圖圖423 第二組實驗用二乘回歸法進(jìn)行的近似分析圖從DOE分析結(jié)果看，第五組參數(shù)對結(jié)果影響結(jié)果最佳即2—5（二號樣品的第五組參數(shù)）情況最滿足要求，故二號樣品的最優(yōu)設(shè)計參數(shù)為f=30HZ。 各組的軟件分析圖和分析結(jié)果：圖424 第四組實驗用二乘回歸法進(jìn)行