【正文】 提出了有限單元 (Finite Element)的名稱，這才使得有限元的理論和應用都得到了迅速的發(fā)展，隨著有限元理論的發(fā)展及計算機軟硬件技術的發(fā)展，有限元法已經可用于求解結構力學、熱傳導、電磁場、流體力學、聲學等多問題，廣泛應用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造，能源、汽車交通、軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學等 一般工業(yè)及科學研究的模擬分析。有限單元法的另一個重要特點是利用在多個單元內假設的近似函數來分片地表示全求解域是待求的未知場函數，單元內的近似函數通常由未知場函數或其在單元的 各個節(jié)點的數值和其插值函數來表達。如果單元是滿足要求的，近似解最后將收斂于精確解。而且對于不同性質的材料，如各向同性、各向異性、枯彈性和粘塑性材料以及流體均能求解。 有限元法在工程結構分析中的應用 到目前為止，人們己非常成功的用有限元法實現了各式各樣工程問題的計算。 有限元法和軟件發(fā)展特征 當今國際上 FEM方法和軟件發(fā)展呈現出以下一 些趨勢特征 [4]： 構化矩陣分析發(fā)展而來，逐步推廣到板、殼和實體等連續(xù)體固體力學分析，實踐證明這是一種非常有效的數值分析方法。這些軟件的共同特點是具有高效的非線性求解器以及豐富和實用的非線性材料庫。 本課題的研究內容和意義 本課題是借助于 ANSYS 有限元分析軟件對承壓齒盤的結構進行優(yōu)化設計研究。結果表明，合理的結構設計可以提高安全性和經濟性，并為工程上的機械零部件的優(yōu)化設計提供了依據。 ANSYS 軟件簡介 軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體，以有限元分析為基礎的大型通用軟件，已廣泛應用于機械制造、石油化工、輕工、造船、航空航天、汽車交通、電子、土木工程、水利、鐵道、日用家電等一般工業(yè)及科學研究。 APDL 允許復雜的數據輸入，使用戶對任何設計或分析屬性有控制權，例如尺寸、材料、載荷、約束位置和網格密度等、擴展了傳統(tǒng)有限元分析范圍之外的能力，并擴充了更高級運算，包括靈敏度研究、零件參數化建模、設計修改及優(yōu)化設計 [8]。 ANSYS 的優(yōu)化方法及收斂準則 優(yōu)化模塊中有 2 種優(yōu)化方法：第 1 種是通用的函數逼近優(yōu)化方法，其本質采用最小二乘法逼近，求取一個函數面來擬合解空間，然后對該函數求極值。進行優(yōu)化計算，是一個不斷迭代的過程。假設 jF 、 jX 和 1?jF 、 1?jX 分別為目標函數、設計變量第 j次迭代和第 j1 次迭代的結果 ( jX 為矢量 )， F和 X分別是當前的最優(yōu)目標函數和相應的設計變量值。比如說，若使用的是零階函數逼進優(yōu)化，可用命令設定最多循環(huán)多少次退出，當不可行解連續(xù)出現多少次就認為優(yōu)化過程發(fā)散，強行退出等。 主要包括：①對應力和位移排序、求極值，檢查應力和位移是否超出規(guī)定值。 通過對大量分析數據所蘊含的工程含義實行判斷推理，評價新產品工作性能與合理性，提出新產品設計方面的改進建議，使定量信息升華為深 層次的定性信息。④改變外力。目前常用的結構優(yōu)化方法有優(yōu)化準則法和數學規(guī)劃法及兩者結合的混合法等。如需要完整說明書和 設計 圖紙等 .請聯系 扣扣： 九七 一 九二 零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設計下載！ 該論文已經通過答辯 ANSYS 優(yōu)化設計的方法 和步驟 優(yōu)化方法 ANSYS 提供了兩種常用的優(yōu)化方法 [15]：零階方法的本質是采用最小二乘法逼近，求取一個函數面來擬合解空間，然后再對該函數面求極值。 本科畢業(yè)論 8 ANSYS 優(yōu)化過程的步驟 1. 生成分析文件 (1)參數化建模：利用 ANSYS 軟件提供的參數化建模功能把將要參與優(yōu)化的數據 (設計變量 DV)初始化，并構建一個參數化分析模型，為以后軟件修正模型提供可能； (2)加載與求解：對結構的參數化模型進行加載與求解； (3)進入 ANSYS 的后處理模塊，提取有限元分析結構結果并賦值給狀態(tài)變量 SV(約束條件 )和目標函數 OBJ(優(yōu)化目標 )。齒盤的右側承受均勻分布壓力 P 的作用，輪齒處承受約束 ,共 28 個輪齒，其基本尺寸已標于圖中，現要通過優(yōu)化設計確定在滿足給定強度條件下 B， H， H1 的尺寸大小。對簡化后的分析模型，采用四面體單元 SOLID92，自由網格劃分，生成的網格如圖 。 本科畢業(yè)論 12表 表示最優(yōu)組數據 SET 1 SET 2 SET 3 SET 4 ? ?SVMPS a/1 ? ?SVMPS a/2 . ? ?SVUZ min/ ? ?DVH min/ ? ?DVH min1 / ? ?DVB min/ ? ?OBJWT kg/ 可行性 可行 可行 可行 可行 SET 5 SET 6 SET 7 SET 8 ? ?SVMPS a/1 ? ?SVMPS a/2 ? ?SVUZ min/ ? ?DVH min/ ? ?DVH min1 / ? ?DVB min/ ? ?OBJWT kg/ 可行性 可行 可行 可行 可行 SET 9 SET 10 *SET 11* SET 12 SET 13 ? ?SVMPS a/1 ? ?SVMPS a/2 ? ?SVUZ min/ ? ?DVH min/ ? ?DVH min1 / ? ?DVB min/ ? ?OBJWT kg/ 可行性 可行 可行 可行 可行 可行 本科畢業(yè)論 13目標函數收斂情況如圖 所示。設計時可取第 13 組數據作為最優(yōu)設計參數。 (2)采用有限元分析，與傳統(tǒng)的方法相比，提高了分 析精度與設計質量。真正理解“理論聯系實踐又用于實踐”這句話的含義。 科學技術的飛速發(fā)展和計算機技術的廣泛應用，使產品的生產制造技術越來越先進。 這次設計不僅使我學會了如何使用工具書來解決課本上所不曾涉獵的內容 ，而且還培養(yǎng)了我的獨立思考和團結協(xié)作的能力。本科畢業(yè)論 16 參考文獻 [1] 顧元憲 . 結構優(yōu)化設計的研究與應用 [J].國際學術動態(tài) ,1991,18（ 6）， 8183. [2] 任重 . ANSYS實用分析教程 [M].北京 :清華大學出版社 ,2020 [3] 龔曙光，謝桂蘭 . ANSYS操作命令與參數化編程 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2020. [4] 倪正順，帥詞俊 . CAE方法中的優(yōu)化技術及其應用 [J].現代機械 ,2020,(2),1618. [5] 王國強 . 實用 工程數值模擬技術及其在 ANSYS上的實踐 [M].西安 :西北工大出版社 ,2020. [6] 張樂樂，譚南林 . ANSYS輔助分析應用基礎教程 [M].北京：清華大學出版社 ,2020. [7] 劉國慶，楊慶東 .ANSYS工程應用教程 [M].北京：中國鐵道出社 ,2020. [8] 許尚賢 . 機械設計中的有限元法 [M].上海：高教出版社 ,1999. [9] 徐燕申 . 機械動態(tài)設計 [M].北京：機械工業(yè)出版社 ,1991. [10] 郝文化 . [M].北京：清華大學出版社 ,2020. [11] 鄒家祥 . 現代機械設計理論與方法 [M].北京 :科學出版社， 1987. [12] 孫菊芳 . 有限元法及其應用仁 [M].北京 :北京航空航天大學出版社， 1991. [13] K. J巴斯 . 工程分析中的有限元法 [M].北京 :機械工業(yè)出版社， 1991. [14] S. S勞爾 . 工程中的有限元法 [M]北京：北京科學出版社， 1991. [15] 杜平安，甘娥忠，于亞婷 . 有限元法 原理、建模及應用 [M].北京 :國防工業(yè)出版社 ,2020. [16] 趙經文，王宏玉 . 結構有限元分析「 M].北京 :科學出版社， 2020. 本科畢業(yè)論 17 附 錄 基于 ANSYS的承壓齒盤結構優(yōu)化設計命令流 ： /FILNAM, the gear pressure plate /TITLE,Optimization of a gear pressure plate ！進入 PREP7 /PREP7 ! 初始化設計變量參數 B=35 H=175 H1=35 ！ ！定義單元類型并建模 ET,1,SOLID92 MPTEMP, MPTEMP,1,25 MPDE,EX,1 MPDE,PRXY,1 MPDATA,EX,1, MPDATA,PRXY,1, MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,7850 FLST,2,2,8 FITEM,2,0,0,0 FITEM,2,775,0,0 CIRCLE,P51X k,5,50,775+B, k,6,50,775+B, k,7,50,750, 本科畢業(yè)論 18 k,8,50,750, LSTR, 5, 6 LSTR, 6, 7