敏感度设计的研究探讨

时间：2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：敏感度分析是一种定量分析工具，研究设计参数对模型性能的影响情况。文本框用于定义新建敏感度研究的简要说明，以区分其他设计研究。具体的使用方法参见标准设计研究相关内容。

敏感度设计的研究探讨

敏感度分析是一种定量分析工具，研究设计参数对模型性能的影响情况。在敏感度分析中，这种定量分析是通过运行局部敏感度分析来完成的。如果确定了主要设计参数，可以运用局部敏感度分析方法来确立参数的变化范围。在这个范围内，寻找最佳的设计。

1.建立敏感度设计研究

在“分析和设计研究”对话框中，选择菜单栏中的【文件（F）】→【新建敏感度设计研究】命令，系统弹出“敏感度研究定义”对话框，如图8.119所示。

图8.119 “敏感度研究”对话框

（1）【名称】文本框用于定义新建敏感度研究的名称，系统默认为study+数字，也可以自定义。

（2）【说明】文本框用于定义新建敏感度研究的简要说明，以区分其他设计研究。

（3）【类型】下拉列表框用于定义敏感度研究的类型：

局部敏感度分析：就是用来对设计参数进行一种定量分析。它将对模型参数的动态变化过程来进行分析，以研究参数对模型性能的影响情况。即就是研究模型特定变化对于参数变化的灵敏程度。同时，可显示特定设计参数的改变是否对研究目标有较大的影响，从而缩小研究范围。

全部敏感度分析：使用这种分析可以选择一个或多个在一定范围内变化模型参数进行敏感度分析，并以图形方式显示研究目标随着设计参数变化的情况。进行全局敏感度分析，可以用来确定参数对模型某一性能的整体影响，尤其对于参数在变化过程中可能引起的突变，这个方法就显得更为重要。

（4）【分析】列表框显示定义用于进行标准研究的分析，可以多选，选中的越多分析就越慢，选中的分析为高亮显示。

（5）【变量】列表框用于显示和设置模型尺寸的数值。具体的使用方法参见标准设计研究相关内容。

2.获取分析结果

在“分析和设计研究”对话框中，选中【分析和设计研究】列表框中的敏感度研究，单击工具栏上的【查看设计研究或有限元分析结果】按钮，系统弹出“结果窗口定义”对话框，该对话框的内容参见静态分析中相应内容。

3.实例

下面以单槽带轮为例，讲解敏感度设计研究的创建、分析过程。

要求：为例减轻带轮的惯性和质量，在带轮轴的四周设计了6个减重孔，孔直径在30～50mm之间。

（1）创建简化模型

选择菜单栏中的【文件（F）】→【新建（N）】命令，系统弹出“新建”对话框，点选【零件】单选按钮，在【名称】文本框中键入D，取消【使用缺省模板】复选框，单击【确定】按钮，系统弹出“新文件选项”对话框。

在“新文件选项”对话框中，选中列表框中的“mmns_part_solid”选项，单击【确定】按钮，进入零件设计平台。

单击“基础特征”工具栏上的【拉伸】工具按钮，在控制面板中显示拉伸设置选项，单击【放置】选项卡中的【定义】按钮，系统弹出“草图”对话框，在3D工作区中，选择Topt草绘面，单击【草绘】按钮，进入草图绘制平台。

绘制如图8.120所示草图，单击“草绘器”工具栏上的【完成】按钮，在控制面板中厚度设置框中键入20，单击其后的【完成】按钮，完成模型的基础轮廓设计。

使用【孔】、【镜像】工具在直径120mm的圆周上创建直径为40mm的6个圆孔，效果如图8.121所示。

（2）分配材料

选择菜单栏中的【应用程序（P）】→【Mechanica（M）】命令，系统弹出“Mechanica模型设置”对话框，在【模型类型】下拉列表框中选择“Structure”选项，单击【确定】按钮，进入结构分析平台。

单击“Mechanica对象”工具栏上的【材料分配】工具按钮，或选择菜单栏中的【属性（R）】→【材料分配（A）】命令，系统弹出“材料指定”对话框，单击【属性】选项组中【Material】选项组中【更多】按钮，系统弹出“材料”对话框，双击【库中的材料】列表框中的“STEEL.mtl”材料，使其添加到右侧【模型中的材料】列表框中，单击【确定】按钮，返回“材料指定”对话框，完成模型材料的分配。

图8.120 草图

图8.121 简化后的带轮

（3）定义约束

单击“Mechanica对象”工具栏上的【位移约束】工具按钮，或选择菜单栏中的【插入（I）】→【位移约束（I）】命令，系统弹出“约束”对话框。

单击【参照】列表框中的空白，在3D模型中选中轴孔曲面，选中【旋转】选项组中【Y】选项组中【自由】按钮，其他选中【固定】按钮，如图8.122所示。

其他选项为默认值，单击【确定】按钮，完成轴孔位移约束的创建，效果如图8.123所示。

图8.122 “约束”对话框

图8.123 创建的位移约束

（4）定义载荷

单击“Mechanica对象”工具栏上的【曲面区域】工具按钮，或选择菜单栏中的【插入（I）】→【曲面区域（U）】命令，控制面板中显示创建曲面区域工具按钮。

单击【参考】选项卡中【定义】按钮，系统弹出“草绘”对话框，选择Top平面作为草绘平面，使用【样条】工具绘制如图8.124所示草图。

单击“草绘器”工具栏上的【完成】按钮，单击控制面板中【曲面】文本框，在3D模型中选择欲创建曲面区域的半圆周曲面，单击其后的【完成】按钮，完成曲面区域的创建，效果如图8.125所示。

图8.124 绘制的草图

图8.125 创建的曲面区域

单击“Mechanica对象”工具栏上的【力/力矩载荷】工具按钮，或选择菜单栏中的【插入（I）】→【力/力矩载荷（L）】命令，系统弹出“力/力矩载荷”对话框。

在【参照】下拉列表框中选择“Surfaces”选项，在3D模型中选择刚才创建的曲面区域，在【力】下拉列表框中选择“分力”选项，在【X】、【Y】文本框中分别键入50、100，选中其下拉列表框中的“N”选项，此时对话框的设置如图8.126所示，单击【确定】按钮，完成压力载荷的创建，效果如图8.127所示。

(www.xing528.com)

图8.126 “力/力矩载荷”对话框

图8.127 创建的力/力矩载荷

（5）新建静态分析并运行

选择菜单栏中的【分析（A）】→【Mechanica分析/研究（E）】命令，系统弹出“分析和设计研究”对话框。

在对话框中，选择菜单栏中的【文件（F）】→【新建静态分析】命令，系统弹出“静态分析定义”对话框，勾选【输出】选项卡中【计算】选项组中【应力】、【旋转】、【反作用】复选框。

其他选项为默认值，单击【确定】按钮，返回“分析和设计研究”对话框，选择菜单栏中的【运行（R）】→【开始】命令，或单击工具栏上的【开始】按钮，系统弹出提示询问对话框，单击【是（Y）】按钮，系统就开始计算，大约几分钟以后，系统弹出“诊断”对话框，对话框中显示静态分析过程以及分析出现的问题。

关闭“诊断”对话框，保存分析结果以便输出分析结果。

（6）进行布局敏感度设计研究并运行

在“分析和设计研究”对话框中，选择菜单栏中的【文件（F）】→【新建敏感度设计研究】命令，系统弹出“敏感度研究定义”对话框。

选择【类型】下拉列表框中的“局部敏感度”选项，选中【分析】列表框中的分析选项。

单击【变量】右侧的【从模型中选取尺寸】按钮，系统弹出“选取”对话框，然后选中模型，模型的设计尺寸就显示出来，选中Ø40mm的圆孔尺寸，单击“选取”对话框中的【确定】按钮，返回“标准研究定义”对话框，选择的尺寸就添加到【变量】列表框中，设置数值d3为45。

使用同样的方法，添加减重孔中心到轴孔中心距60尺寸到列表框中，设置d5数值为65，如图8.128所示。

图8.128 “敏感度研究”对话框

其他选项为默认值，单击【确定】按钮，完成敏感度研究的创建，返回“分析和设计研究”对话框，选择菜单栏中的【运行（R）】→【开始】命令，或单击工具栏上的【开始】按钮，系统弹出提示询问对话框，单击【是（Y）】按钮，系统就开始计算，大约几分钟以后，系统弹出“诊断”对话框，对话框中显示静态分析过程以及分析出现的问题。