【正文】 HKMSH,39。我會(huì)以積極的心態(tài)去迎接今后生活工 作的一個(gè)個(gè)挑戰(zhàn)。 基于 ANSYS 的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在解決結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題時(shí)是有效的、實(shí)用的，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法的一個(gè)重要組成部分，尤其是在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問題上是具有其他算法無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。 本次設(shè)計(jì)是利用 ANSYS 軟件對(duì)承壓齒盤進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，是大學(xué)四年的一次具有綜合性質(zhì)的設(shè)計(jì)。本科畢業(yè)論 15第四章 . 結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)了什么是 ANSYS 以及它的強(qiáng)大功能，學(xué)會(huì)了 ANSYS 的基本操作，進(jìn)一步強(qiáng)化了優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容。 結(jié)論 根據(jù)以上對(duì)承壓齒盤尺寸的優(yōu)化分析，可以得出如下結(jié)論： (1)承壓齒盤最優(yōu)尺寸為 mmH ? ， mmH ? ， mmB ? 。 圖 目標(biāo)函數(shù) WT收斂過(guò)程示意圖 圖 約束條件 1S ， 2S 變化圖 本科畢業(yè)論 14由上圖承壓齒盤 WT 的變化曲線可以看出，優(yōu)化次數(shù)在第 6 次時(shí)優(yōu)化對(duì)象數(shù)據(jù)的值已基本穩(wěn)定。設(shè)置承壓齒盤的重量為目標(biāo)函數(shù)，即該零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型為目標(biāo)函數(shù)： ? ? min?xf ? ? ? ?1321 , HHBxxxX ?? （ 35） 狀態(tài)變量 MPS 2041 ? , MPS 4542 ? HUZ ? 設(shè)計(jì)變量 5030 ??B , 175140 ??H , 9055 1 ??H f(x)表示承壓齒盤的重量 WT。 開始 參數(shù)化建模 加載與求解 提取分析結(jié)果并賦值給變量 指定優(yōu)化分析文件 優(yōu)化參數(shù)評(píng)價(jià) 最優(yōu)，退出循環(huán) 非最優(yōu)，修正設(shè)計(jì)變量 收斂 不 收斂 本科畢業(yè)論 10 約束條件 B,H,H1 的變化范圍分別是： B ∈ (30,50)； H ∈ (140,175)； H1 ∈ (55,90)，它們的初值分別為： B=35mm， H=175mm， H1=35mm。 3. 根據(jù)已完成的優(yōu)化循環(huán)和當(dāng)前優(yōu)化變量的狀態(tài)修正設(shè)計(jì)變量，重新投入循環(huán)。一階方法基于目標(biāo)函數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)變量的敏感程度，因此，更加適合于精確的優(yōu)化分析。其中 ,它的 APDL 語(yǔ)言為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)值分析提供了一個(gè)很好的開發(fā)環(huán)境 [3],本文正是基于 APDL 語(yǔ)言，利用 AN2SYS 的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊編制用戶程序進(jìn)行零部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) [14]。⑥調(diào)整約束極限，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)。②補(bǔ)充與完善形狀。③動(dòng)畫模擬結(jié)構(gòu)變形過(guò)程。 后置處理主要對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行綜合歸納，并進(jìn)行可視化處理。假設(shè) ??? ? || 1jj XX 或 ??? || bj XX ，那么也認(rèn)為設(shè)計(jì)變量的搜索已經(jīng)趨于收斂，于是迭代停止。在實(shí)際優(yōu)化中，不可能也不必要做無(wú)限次迭代，只要達(dá)到給定的精度就應(yīng)該終止計(jì)算并認(rèn)為找到了最優(yōu)方案。另外一種優(yōu)化方法是針對(duì)第 1 種方法的缺陷改進(jìn)的方法，叫梯度尋優(yōu)法。 從廣義上來(lái)說(shuō)，優(yōu)化設(shè)計(jì)可用來(lái)解決任何工程問題，但是對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)參數(shù)多、限制約束條件苛刻的構(gòu)件，用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法一般很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，即使?jié)M足了設(shè)計(jì)要求，在結(jié)構(gòu)、材料使用等方面也可能存在許多不合理的地方，使其綜合性能難以滿足要求。前處理模塊提供一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析 (可進(jìn)行線性分析 、非線性分析和高度非線性分析 )、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電 。本科畢業(yè)論 5 第二章 . ANSYS 優(yōu)化技術(shù)在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 應(yīng)用有限元方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以通過(guò)自行編制有限元程序或采用 通用的有限元分析軟件來(lái)進(jìn)行 [6]。 通過(guò)利用有限元優(yōu)化分析功能對(duì)承壓齒盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析，證明用優(yōu)化分析功能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析的可行性，從而為其它復(fù)雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析提供了新的方法和依據(jù)。隨著數(shù)值分析方法的逐步完善，尤其是計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的飛速發(fā)展，整個(gè)計(jì)算系統(tǒng)用于求解運(yùn)算的時(shí)間越來(lái)越少，而數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和運(yùn)算結(jié)果的表現(xiàn)問題卻日益突出。眾所周知，非線性的數(shù)值計(jì)算是很復(fù)雜的，它涉及到很多專門的數(shù)學(xué)問題和運(yùn)算技巧，很難為一般 Z程技術(shù)人員所掌握。所有這些應(yīng) 用都大大地為設(shè)計(jì)人員提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、為人類提供優(yōu)秀產(chǎn)品，加快新產(chǎn)品研制步伐，節(jié)約人工與材料，起到不可估量的作用，由此產(chǎn)生或帶來(lái)了巨大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。有限元法也有不足之處，例如對(duì)一特殊問題只能求得一個(gè)具體的數(shù)值結(jié)果，不能得到不同參數(shù)變化時(shí)系統(tǒng)的反饋 :而且構(gòu)造一個(gè)對(duì)真實(shí)問題盡可能逼近的有限元建模經(jīng)驗(yàn)和對(duì)實(shí)際問題和準(zhǔn)確判斷。與試驗(yàn)驗(yàn)證相比，有限元應(yīng)力分析更容易和更準(zhǔn)確地得到諸 如應(yīng)力分布、應(yīng)力水平、屈服區(qū)域等：同時(shí)有限元方法可以計(jì)算出構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力 (這對(duì)試驗(yàn)方式來(lái)說(shuō)非常困難 )，人們可以按照某一點(diǎn)、某一條直線或某一平面進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定，使得結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)具有針對(duì)性，達(dá)到既本科畢業(yè)論 3安全又經(jīng)濟(jì)的目的。求解出這些未知量，就可以通過(guò)插值函數(shù)計(jì)算出各個(gè)單元內(nèi)場(chǎng)函數(shù)的近似值，從而得到整個(gè)求解域上的近似解。有限單元法的基本思想是將連續(xù)的求解域離散為一組有限數(shù)量，且按一定方式聯(lián)結(jié)在一起的單元的組合體。但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算條件的限制，這種方法并沒有受到足夠重視?，F(xiàn)在，對(duì)于材料性質(zhì)和邊界條件復(fù)雜的問題，工程師可以依靠數(shù)值方法給出近似的、較令人滿意的答案。 40多年來(lái)，有限元法的應(yīng)用已由彈性力學(xué)平面問題擴(kuò)展到空間問題、板殼問題、由靜力平衡問題擴(kuò)展到穩(wěn)定性問題、動(dòng)力問題和波動(dòng)問題，分析的對(duì)象從彈性材料擴(kuò)展到粘彈性、粘塑性和復(fù)合材 料等，從固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域 [1]。 工程計(jì)算中，由于傳統(tǒng)的計(jì)算方法不僅經(jīng)常因人為運(yùn)算疏忽造成錯(cuò)誤，而且在 模型處理上將幾何結(jié)構(gòu)及邊界條件等過(guò)于簡(jiǎn)化，使得計(jì)算結(jié)果往往與實(shí)際不符，因此缺乏參考價(jià)值。所謂“最優(yōu)設(shè)計(jì)”，指的是一種方案可以滿足所有的設(shè)計(jì)要求，而且所需的支出最小。 ANSYS 系統(tǒng)是第一個(gè)通過(guò) IS09(O1 質(zhì)量認(rèn)證的大型工程分析類有限元軟件，在機(jī)械、土木和航空航天等領(lǐng)域有著廣泛和良好的應(yīng)用基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞 ： 優(yōu)化設(shè)計(jì) ANSYS 齒盤 目標(biāo)函數(shù)本科畢業(yè)論 II ABSTRACT Optimization design has been the field paratively paid close attention to in the province of engineering all the time. It is based on the most mathematical theory of the optimization。如何找到一組最合適的設(shè)計(jì)變量，在允許的范圍內(nèi)，能使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)最合理、性能最好、質(zhì)量最高、成本最低（即技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最佳）， 有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，同時(shí)設(shè)計(jì)的時(shí)間又不要太長(zhǎng)，這就是優(yōu)化設(shè)計(jì)所要解決的問題。目 錄 中文摘要 ..................................................................................................................................... I 英文摘要 .................................................................................................................................... II 第一章 . 前言 ............................................................................................................................. 1 有限元法的提出和應(yīng)用 ............................................................................................... 1 有限元技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 ................................................................................... 2 結(jié)構(gòu)分析中的有限元法 ..................................................................................... 2 有限元法在工程結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 ................................................................ 3 有限元法和軟件發(fā)展特 征 ................................................................................ 3 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 .......................................................................................... 4 第二章 . ANSYS 優(yōu)化技術(shù)在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 ............................................................ 5 引言 ............................................................................................................................... 5 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 .............................................................................................