【正文】 HKMSH,39。我會以積極的心態(tài)去迎接今后生活工 作的一個個挑戰(zhàn)。 基于 ANSYS 的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在解決結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題時是有效的、實用的，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)方法的一個重要組成部分，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法替代的優(yōu)勢。 本次設(shè)計是利用 ANSYS 軟件對承壓齒盤進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計研究，是大學(xué)四年的一次具有綜合性質(zhì)的設(shè)計。本科畢業(yè)論 15第四章 . 結(jié)束語 通過本次畢業(yè)設(shè)計，我認(rèn)識了什么是 ANSYS 以及它的強(qiáng)大功能，學(xué)會了 ANSYS 的基本操作，進(jìn)一步強(qiáng)化了優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容。 結(jié)論 根據(jù)以上對承壓齒盤尺寸的優(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 次時優(yōu)化對象數(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)評價 最優(yōu)，退出循環(huán) 非最優(yōu)，修正設(shè)計變量 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)計變量，重新投入循環(huán)。一階方法基于目標(biāo)函數(shù)對設(shè)計變量的敏感程度，因此，更加適合于精確的優(yōu)化分析。其中 ,它的 APDL 語言為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)值分析提供了一個很好的開發(fā)環(huán)境 [3],本文正是基于 APDL 語言，利用 AN2SYS 的優(yōu)化設(shè)計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 [14]。⑥調(diào)整約束極限，實現(xiàn)新產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計。②補(bǔ)充與完善形狀。③動畫模擬結(jié)構(gòu)變形過程。 后置處理主要對分析結(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)計變量的搜索已經(jīng)趨于收斂，于是迭代停止。在實際優(yōu)化中，不可能也不必要做無限次迭代，只要達(dá)到給定的精度就應(yīng)該終止計算并認(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。 從廣義上來說，優(yōu)化設(shè)計可用來解決任何工程問題，但是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計參數(shù)多、限制約束條件苛刻的構(gòu)件，用傳統(tǒng)的設(shè)計方法一般很難達(dá)到設(shè)計要求，即使?jié)M足了設(shè)計要求，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強(qiáng)大的實體建模及網(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 )、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、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)計中的應(yīng)用 應(yīng)用有限元方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計可以通過自行編制有限元程序或采用 通用的有限元分析軟件來進(jìn)行 [6]。 通過利用有限元優(yōu)化分析功能對承壓齒盤結(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，尤其是計算機(jī)運算速度的飛速發(fā)展，整個計算系統(tǒng)用于求解運算的時間越來越少，而數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和運算結(jié)果的表現(xiàn)問題卻日益突出。眾所周知，非線性的數(shù)值計算是很復(fù)雜的，它涉及到很多專門的數(shù)學(xué)問題和運算技巧，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)計人員提高產(chǎn)品設(shè)計質(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)生或帶來了巨大的社會與經(jīng)濟(jì)效益。有限元法也有不足之處，例如對一特殊問題只能求得一個具體的數(shù)值結(jié)果，不能得到不同參數(shù)變化時系統(tǒng)的反饋 :而且構(gòu)造一個對真實問題盡可能逼近的有限元建模經(jīng)驗和對實際問題和準(zhǔn)確判斷。與試驗驗證相比，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：同時有限元方法可以計算出構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力 (這對試驗方式來說非常困難 )，人們可以按照某一點、某一條直線或某一平面進(jìn)行強(qiáng)度評定，使得結(jié)構(gòu)的設(shè)計和改進(jìn)具有針對性，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，就可以通過插值函數(shù)計算出各個單元內(nèi)場函數(shù)的近似值，從而得到整個求解域上的近似解。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)時計算條件的限制，這種方法并沒有受到足夠重視。現(xiàn)在，對于材料性質(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，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、動力問題和波動問題，分析的對象從彈性材料擴(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]。 工程計算中，由于傳統(tǒng)的計算方法不僅經(jīng)常因人為運算疏忽造成錯誤，而且在 模型處理上將幾何結(jié)構(gòu)及邊界條件等過于簡化，使得計算結(jié)果往往與實際不符，因此缺乏參考價值。所謂“最優(yōu)設(shè)計”，指的是一種方案可以滿足所有的設(shè)計要求，而且所需的支出最小。 ANSYS 系統(tǒng)是第一個通過 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 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)計變量，在允許的范圍內(nèi)，能使所設(shè)計的產(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）， 有市場競爭能力，同時設(shè)計的時間又不要太長，這就是優(yōu)化設(shè)計所要解決的問題。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 本課題的研究內(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)計中的應(yīng)用 ............................................................ 5 引言 ............................................................................................................................... 5 ANSYS 軟件簡介 .............................................................................................