【正文】 ,241 FITEM,2,244 FITEM,2,247 FITEM,2,250 FITEM,2,255 FITEM,2,259 FITEM,2,263 FITEM,2,267 DA,P51X,ALL !對(duì)受力面施加載荷 FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,5 SFA,P51X,1,PRES, !求解計(jì)算 SOLVE FINISH !進(jìn)入 POST1并讀出狀態(tài)變量數(shù)值 /POST1 AVPRIN,0, , ETABLE,s,S,EQV *GET,S1,ELEM,1,ETAB,S 本科畢業(yè)論 24 *GET,S2,ELEM,2,ETAB,S PLNSOL, S,EQV, 0, VPLOT *GET,V,VOLU,3,4,VOLU *GET,V,VOLU,COUNT, , ,3, *GET,V,VOLU,COUNT, , ,4, *GET,S1,SORT, ,MAX *GET,S1,NODE,3,S,EQV FINISH ！進(jìn)入優(yōu)化處理器 /OPT OPAN,training,lgw OPVAR,B,DV,30,50, , OPVAR,H1,DV,55,90, , OPVAR,H,DV,140,175, , OPVAR,V,OBJ, , , , ! NSORT,U,Z *GET,UZ,SORT, ,MAX /OPT /OPT OPVAR,UZ,SV, , , ! NSORT,U,Z *GET,UZ,SORT, ,MAX OPVAR,WT,OBJ,2 OPTYPE,FIRST OPFRST,45 !開始優(yōu)化 OPFEXE OPLIST,16 OPLIST,ALL /VIEW,1,1 /AXLAB,X,ITERATION NUMBER /AXLAB,Y,STRUCTURE WETGHT PLVAROPT,WT 本科畢業(yè)論 25 /AXLAB,Y,BASE DIMENSION PLVAROPT,B /AXLAB,Y,MAX STRESS PLVAROPT,G1,G2,UZ FINIST /EXIT 本科畢業(yè)論 26 致 謝 本論文是在我的導(dǎo)師林近山老師的熱情和悉心指導(dǎo)下完成的。沒(méi)有老師的指導(dǎo)、同學(xué)和朋友們的幫助鼓勵(lì)、父母和親人的支持，我的學(xué)業(yè)是不可能順利完成的。特別是林老師孜孜以求的工作精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，將水遠(yuǎn)激勵(lì)著我自強(qiáng)不息，是我學(xué)習(xí)的榜樣。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)。 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)。 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 ? 。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。 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)。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]。②補(bǔ)充與完善形狀。 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。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。 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(wèn)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。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 引言 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]。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(wèn)題卻日益突出。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。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。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?，F(xiàn)在，對(duì)于材料性質(zhì)和邊界條件復(fù)雜的問(wèn)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。 有限元法的提出和應(yīng)用 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。 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)。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(wèn)題。優(yōu)化設(shè)計(jì)在生產(chǎn)實(shí)踐中被廣泛的應(yīng)用。各種以分析、優(yōu)化和仿真為特征的計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)在世界范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展。而最優(yōu)設(shè)計(jì)是既滿足所有的約束條件又能得到最小目標(biāo)函數(shù)的設(shè)計(jì)。以前，為了得到解析解，人們不得不做多到難以承受的假設(shè)和簡(jiǎn)化，以至于所得結(jié)果只能適用于最簡(jiǎn)單的情況。 結(jié)構(gòu)分析中的有限元法 有限單元法是在力學(xué)模型上近似的數(shù)值方法，將被分析的結(jié)構(gòu)直接離散化，使用最小位能原理或虛位移原理等力學(xué)基本理論求解。 采用有限元分析可以取代以往的以實(shí)驗(yàn)方法所進(jìn)行的力學(xué)分析。在機(jī)械工程中，已經(jīng)計(jì)算分析了機(jī)床、齒輪、汽車變速器用分動(dòng)箱、內(nèi)燃機(jī)曲軸、水輪機(jī)葉片、汽車車架等。 于推導(dǎo)新的高效率求解方法和高精度的單元。 采用有限元分析可以取代以往的以實(shí)驗(yàn)方法所進(jìn)行的力學(xué)分析，與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相比，有限元分析能得到更精確的結(jié)果，且有效的將有限元分析方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法用于解決實(shí)際問(wèn)題對(duì)于提高我國(guó)機(jī)械制造業(yè)水平也具有很大意義。 優(yōu)化設(shè)計(jì)是協(xié)助設(shè)計(jì)者獲得滿足所有設(shè)計(jì)要求 (如重量輕 ,面積、體積和應(yīng)力小，花費(fèi)最低 )的設(shè)計(jì)方案的有利工具。從理論上講，任何一種迭代算法都可產(chǎn)生無(wú)窮序列的設(shè)計(jì)方案。 (注 :在零階函數(shù)逼進(jìn)優(yōu)化中，默認(rèn)的最大循環(huán)次數(shù)為 30；當(dāng)默認(rèn)連續(xù)出現(xiàn) 7次不可行解 ，就認(rèn)為優(yōu)化過(guò)程發(fā)散 )。利用專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)及時(shí)將分析的評(píng)價(jià)、改進(jìn)意見(jiàn)映射為設(shè)計(jì)過(guò)程所能接受和處理的定量知識(shí)：①改變形狀。這其中較實(shí)用的優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)造方法是優(yōu)化準(zhǔn)則法與大型有限元分析程序的軟件集成化 [1]ANSYS 系統(tǒng)是第一個(gè)通過(guò) ISO9001 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)[9]。 (1)進(jìn) 入優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，指定優(yōu)化分析文件； (2)聲明優(yōu)化變量，選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法，還可以采用用戶自己的外部?jī)?yōu)化程序； (3)指定優(yōu)化循環(huán)控制方式； (4)進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)評(píng)價(jià)，優(yōu)化處理器根據(jù)本次循環(huán)提供的優(yōu)化參數(shù) (設(shè)計(jì)變量、狀態(tài)變量及目標(biāo)函數(shù) )與上次循環(huán)提供的優(yōu)化參數(shù)作比較之后確定該次循環(huán)目標(biāo)函數(shù)是否收斂，或者說(shuō)結(jié)構(gòu)是否達(dá)到了最優(yōu)，如果最優(yōu)，完成迭代，退出優(yōu)化循環(huán)，否則，進(jìn)行下步。 圖 承壓齒盤簡(jiǎn)化分析模型圖本科畢業(yè)論 11圖 承壓齒盤模型結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分圖 建立優(yōu)化函數(shù) 其中優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件選擇沿 aa和 bb 路徑上的當(dāng)量應(yīng)力 S1， S2，即 Von Mises應(yīng)力，它們是危險(xiǎn)的位置，為了控制零件中心的最大位移，也選擇在 aa路徑的位移 UZ作為約束條件。由圖 34 可以看出，當(dāng)量應(yīng)力隨迭代次數(shù)的變化情況，按最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)的齒盤當(dāng)量應(yīng)力 1S 和 2S 分別為 和 ，小于給定的許用值204MPa 和 454MPa，從圖 34 可知當(dāng)量應(yīng)力基本為恒值，趨于穩(wěn)定，可見(jiàn)其強(qiáng)度是足夠的。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)里所學(xué)的最重要的一門課程，是我們?cè)诖髮W(xué)里所學(xué)全部課程的一次綜合檢測(cè)，他不但使我們有依 次復(fù)習(xí)自己所學(xué)的課程的機(jī)會(huì)，而且更重要的是它把我們所學(xué)的課程穿插起來(lái)，組成了一個(gè)整體，是我們對(duì)所學(xué)的課程有一個(gè)綜合的整體的認(rèn)識(shí)，加深了我們對(duì)所學(xué)專業(yè)的理解?？傊?，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)給我上了人生中完美的一課，為我們踏入社會(huì)參加工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，林老師給予了我極大的支持和鼓勵(lì)，以淵博的知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使我學(xué)到了許多科學(xué)研究中的重要方法和知識(shí)。再次向曾經(jīng)給予我?guī)椭乃腥吮硎局孕牡母兄x！ 最后，向所有參考文獻(xiàn)的作者致以謝意 !