CAD中的自动化设计，FEA分析和优化

Question

我想通过让优化器对CAD文件进行更改来优化设计，然后在FEM中进行分析，并将结果反馈到优化器中，根据FEM对设计进行更改，直到解决方案为止收敛到最佳（质量，刚度，否则）。

这就是我想象的：

• 在CAD软件（例如CATIA）中创建零件的蓝图。
• 从编程语言（例如Python）中运行优化器代码（例如fmincon）。优化器的参数是CAD模型的参数（角度，长度，厚度等）。
• 优化器评估某个设计（参数集）。编程语言调用CAD软件并相应地修改设计。
• 编程语言提取一些信息（例如质量）。
• 然后编程语言提取STEP文件并将其传递给执行预定义分析的FEA求解器（例如Abaqus）。
• 编程语言读取结果（例如max van Mises stress）。
• 将CAD和FEM的结果（例如质量和压力）输入优化器，从而相应地改变设计。
• 直到它收敛。

我知道这是在一个封闭的架构（例如isight）中存在的，但我想使用一个开放式架构，其中优化器是在开放式编程语言（理想情况下是Python）中调用的。

最后，这是我的问题：

• 可以这样做，正如我所描述的那样吗？
• 参考资料，教程？
• 您推荐哪些软件用于编程，CAD和FEM？

Answer 1

是的，可以做到。您所描述的是一个小参数结构大小多学科优化（MDO）环境。在您开始编写工具或环境编码之前，我建议您在几个方面做一些初步工作

1. 小心地制定最小化问题（最小化f（x），其中x是包含......变量的向量，受......约束等）。
2. 调查和识别感兴趣的个人工具
3. 每个工具如何运作？输入变量？输出变量？
4. 设计结构矩阵中的概述（a.k.a. N ^ 2图）工具如何将信息（变量）相互馈送
5. 哪种优化器最适合您的问题（MDF？）
6. 确定合适的收敛容差

完成上述步骤后，我会开始考虑MDO实施细节。 Python虽然不是最快的语言，但却是一个理想的环境，因为有很多用Python构建的工具来解决你所拥有的MDO问题和开发时间短。我建议使用以下软件包

• OpenMDAO（http://openmdao.org/）：由美国宇航局格伦研究中心编写的现代MDO平台。这些教程很好地帮助您入门。请注意每个＆＃34;纪律＆＃34;在Sellar问题中，本教程中的第二个问题包括调用您的工具而不是封闭形式的方程式。只要您遵循OpenMDAO的类框架，它就不关心每个学科是什么，并将其视为一个黑盒子;它并不关心输入和输出之间发生的事情。
• Scipy and numpy：两个科学和数值优化包

我不知道您可以访问哪些软件，但这里有一些与工具相关的提示可以帮助您进行工具调查和识别：

• Abaqus有一个Python API（http://www.maths.cam.ac.uk/computing/software/abaqus_docs/docs/v6.12/pdf_books/SCRIPT_USER.pdf）
• 如果您需要使用没有API的程序，可以使用Python的win32com或Pywinauto（GUI自动化）程序包自动化GUI
• 对于FEM / FEA，我在之前的项目中使用了MSC PATRAN和MSC NASTRAN，因为它们具有命令行界面（阅读：易于通过Python连接）
• HyperSizer还有一个Python API
• 安装Pythonxy（https://code.google.com/p/pythonxy/）并使用Spyder Python IDE（包含）
• 可以使用win32com自动CATIA（快速Google搜索如何执行此操作：http://code.activestate.com/recipes/347243-automate-catia-v5-with-python-and-pywin32/）

注意：为了给你一些开发时间框架，你所要求的内容可能需要至少两周的时间来开发。

我希望这会有所帮助。