Optimization CAD中的自动设计、FEA中的分析和优化

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中对其进行分析，并将结果反馈给优化器，以便根据FEM对设计进行更改，直到解决方案收敛到最佳值（质量、刚度等）

这就是我的设想：

• 在CAD软件（如CATIA）中创建零件的蓝图
• 从编程语言（如Python）中运行优化器代码（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FEA解算器（例如Abaqus），在该解算器中执行预定义的分析
• 编程语言读取结果（例如max van Mises应力）
• CAD和FEM的结果（如质量和应力）被输入优化器，优化器相应地更改设计
• 直到它收敛

我知道这存在于一个封闭的体系结构中（例如isight），但我想使用一个开放的体系结构，在这个体系结构中，优化器是从一种开放的编程语言（理想情况下是Python）中调用的

最后，我有几个问题：

• 这能做到吗，就像我描述的那样，还是别的
• 参考资料，教程
• 对于编程、CAD和FEM，您推荐哪些软件

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是的，可以做到。您所描述的是一个小型参数化结构尺寸多学科优化（MDO）环境。在您开始编写工具或环境之前，我建议您在几个方面做一些准备工作
• 仔细制定最小化问题（最小化f（x），其中x是一个包含…变量的向量，受…约束，等等）
• 调查并确定感兴趣的个人工具
• 每个工具如何工作？输入变量？输出变量
• 在设计结构矩阵（又称N^2图）中概述工具将如何相互提供信息（变量）
• 哪种优化器最适合您的问题（MDF？）
• 确定合适的收敛公差
一旦采取上述步骤，我就会开始考虑MDO实现的细节。Python虽然不是最快的语言，但将是一个理想的环境，因为Python中内置了许多工具来解决MDO问题，比如您现有的MDO和较低的开发时间。我建议使用以下软件包
• OpenMDAO（）：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开始学习。请注意，Sellar问题（本教程中的第二个问题）中的每个“规程”都包括对工具的调用，而不是封闭形式的方程式。只要您遵循OpenMDAO的类框架，它就不关心每个规程是什么，而是将其视为一个黑匣子；它不关心输入和输出之间发生了什么
• Scipy和numpy：两个科学和数值优化包
我不知道您可以访问哪些软件，但以下是一些与工具相关的提示，可帮助您进行工具调查和识别：
• Abaqus有一个Python API（）
• 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）包来自动化GUI
• 对于FEM/FEA，我在以前的项目中使用了MSC PATRAN和MSC NASTRAN，因为它们有命令行接口（阅读：易于通过Python进行接口）
• HyperSizer还有一个Python API
• 安装Pythonxy（）并使用Spyder Python IDE（附带）
• CATIA可以使用win32com（谷歌快速搜索如何实现自动化：）
注意：为了给您提供某种开发时间框架，您所要求的开发可能至少需要两周的时间

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我希望这能有所帮助。
的确如此，非常感谢。在标准的CAD软件（CATIA v5、v6、NX、SolidWorks或AutoCAD）之外，您推荐哪种CAD软件？不是特别推荐哪种。我建议您使用您最熟悉的一个API。此外，请记住，听起来您只需要参数化FEM方面的CAD，而不需要大量的其他大牌产品。你听说过OpenVSP吗？它是由美国宇航局编写的，并且与有限元生成器程序CalculiX配合得很好。它们都有很好的API。有关详细信息，请参见的幻灯片14和15。