基于ANSYS的人字架的优化设计说明书

陕西理工学院毕业论文（设计）第1页共44页基于ANSYS的人字架的优化设计苏瑞娟（陕理工学院机械工程学院机械设计制造及其自动化专升本081班，陕西汉中723000）指导老师：彭春雷[摘要]：有限元法是一种离散化的方法来描述数学表述中的连续体问题。它是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算法，是20世纪50年代首先在连续力学领域—飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效地数值分析方法，随后很快就广泛地用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。本课题将有限元法与优化技术有机的结合起来，对人字架结构进行分析和优化设计。优化设计的基本原理是通过优化模型的建立，运用各种优化方法，在满足设计要求的条件下迭代计算，求得目标函数的极值，得到最优化设计方案。人字架的优化过程中，采用的是一阶优化方法，其中设计变量是人字架的高h和钢管的平均直径D，约束条件即状态变量是钢管的许用压应力y和失稳临界应力e，目标函数是人字架的总重量。通过对优化问题的分析，建立参数化模型、求解及优化设置，可以发现ANSYS软件分析的结果与理论计算情况基本一致。利用ANSYS对人字架进行优化设计，整个建模、分析过程充分说明ANSYS软件为人字架的结构设计提供了可靠、高效的理论依据，并为以后相似问题的分析设计提供了参考。[关键词]：有限元，人字架，ANSYS，优化设计陕西理工学院毕业论文（设计）第2页共44页AccordingtoANSYSpersonwordofexcellentturnadesignSuRuiJuan(Grade08,Class1,Major:,Machinedesignmanufacturingandautomation，ShaanxiUniversityofTechnology,HanHong,723003,Shaanxi）Tutor:PengChunLei[Abstract]:Thelimiteddollarmethodisakindofmethodthatislong-losttoturntodescribethecontinuousbodyprobleminmathematicsdescription.Itisakindofmoderncalculationmethodthatquicklydevelopswiththedevelopmentofcomputer,a50'sin20thcenturyfirstthestructureisquietatthecontinuousmechanicsrealm-airplane,dynamicstatecharacteristicanalyticalinakindofappliedavailablynumberanalysismethod,lateronsoonBebroadlyusedforsolvinghotcontinuoussexproblems,suchasconductionandelectromagnetismfield,fluidmechanics...etc..Thistopiclimiteddollarmethodwithexcellenttheorganicknotturningatechniqueputtogether,topersonwordthestructurecarryonanalyticalandexcellentturnadesign.Isexcellenttoturnthebasicprincipleofdesignispassexcellentturntheestablishmentofmodel,makeuseofvariousexcellentmethodofturning,underthesistuationthatsatisfyadesignrequestDiegenerationcalculation,begthepolevalueoftargetfunction,getsuperiorturntodesignaproject.Personwordofexcellentturnprocessin,adoptionofisthatonerankisexcellenttoturnamethod,amongthem,thedesignchangesthequantityisthehighhofthewordandtheaveragediameterDofthesteelpipeofperson,controlaconditionnamelythestatuschangethequantityisXuYongofthesteelpipeandpressinresponsetothedintandlosesteadycriticalinresponsetothedint,thetargetfunctionisthetotalweightofthewordofperson.Passtoexcellentturntheanalysisoftheproblem,buildupparameterandturnmodel,solveandexcellentturnaconstitution,candiscoverthatresultandtheoryofANSYSsoftwareanalysiscomputeacircumstancebasicconsistent.MakeuseofANSYScarriesontothepersonwordexcellentturnadesign,thewholemodel,analysistheprocesswellexplainthatthestructuredesignoftheANSYSsoftwarebehaviorwordprovidedcredibility,efficientlyoftheorybasis,andfortheanalysisdesignofalikeproblemhereafterprovidedareference.[Keywords]:Limiteddollar,Personword,ANSYS,Excellenttoturnadesign.陕西理工学院毕业论文（设计）第3页共44页目录1前言............................................................................................................51.1人字架简介..............................................................................................51.2有限元软件ANSYS的介绍......................................................................61.2.1ANSYS软件的功能........................................................................71.2.2ANSYS软件的主要技术特点........................................................91.3优化设计的介绍....................................................................................101.3.1优化设计中的基本概念............................................................101.3.2优化设计的步骤........................................................................112基于ANSYS的人字架的优化设计.........................................................152.1人字架优化问题分析............................................................................152.2人字架的优化设计................................................................................162.2.1人字架优化设计的前处理............................162.2.2人字架优化设计的求解..............................212.2.3人字架的优化设置..................................222.2.4查看优化结果......................................282.2.5人字架优化设计的理论计算..........................302.2.6人字架优化结果讨论................................333.小结.........................................................................................................34致谢.............................................................................................................35参考文献.....................................................................................................36陕西理工学院毕业论文（设计）第4页共44页外文翻译.....................................................................................................36陕西理工学院毕业论文（设计）第5页共44页1前言1.1人字架简介随着经济的发展，人字架在现代的生产中占据着很重要的地位，在工业生产中，人字架的应用很普遍。例如，门式起重机的主要构件之一就是人字架，它与转台、转柱构成了门式起重机臂架系统和平衡系统的支撑结构。如下图1-1所示。图1-1人字架也应用在航空航天领域，尤其是在一些军用飞机上，人字架的作用极其重要，如下图1-2所示。图1-2在我们的日常生活中，人字架也是随处可见的。比如人字架梯子、公共场合的餐桌，还有著名的天津摩天轮，也是采用人字结构作为基本支承的。如图1-3所示。陕西理工学院毕业论文（设计）第6页共44页图1-31.2有限元软件ANSYS的介绍ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件,是典型的CAE(ComputerAidEngineering)软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化