【正文】 在畢業(yè)設(shè)計期間，林老師給予了我極大的支持和鼓勵，以淵博的知識和豐富的實踐經(jīng)驗使我學(xué)到了許多科學(xué)研究中的重要方法和知識。 畢業(yè)設(shè)計是我們大學(xué)里所學(xué)的最重要的一門課程，是我們在大學(xué)里所學(xué)全部課程的一次綜合檢測，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，而且更重要的是它把我們所學(xué)的課程穿插起來，組成了一個整體，是我們對所學(xué)的課程有一個綜合的整體的認(rèn)識，加深了我們對所學(xué)專業(yè)的理解。 圖 承壓齒盤簡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。這其中較實用的優(yōu)化設(shè)計系統(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)是第一個通過 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]。 (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)化過程發(fā)散 )。 優(yōu)化設(shè)計是協(xié)助設(shè)計者獲得滿足所有設(shè)計要求 (如重量輕 ,面積、體積和應(yīng)力小，花費(fèi)最低 )的設(shè)計方案的有利工具。 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驗方法所進(jìn)行的力學(xué)分析。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)和簡化，以至于所得結(jié)果只能適用于最簡單的情況。各種以分析、優(yōu)化和仿真為特征的計算機(jī)輔助工程技術(shù)在世界范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展。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。 有限元法的提出和應(yīng)用 工程計算中，由于傳統(tǒng)的計算方法不僅經(jīng)常因人為運(yùn)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。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。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。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 引言 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]。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。②補(bǔ)充與完善形狀。 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)。 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 ? 。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)。沒有老師的指導(dǎo)、同學(xué)和朋友們的幫助鼓勵、父母和親人的支持，我的學(xué)業(yè)是不可能順利完成的。 這次設(shè)計不僅使我學(xué)會了如何使用工具書來解決課本上所不曾涉獵的內(nèi)容 ，而且還培養(yǎng)了我的獨立思考和團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力。設(shè)計時可取第 13 組數(shù)據(jù)作為最優(yōu)設(shè)計參數(shù)。 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(shù)化建模：利用 ANSYS 軟件提供的參數(shù)化建模功能把將要參與優(yōu)化的數(shù)據(jù) (設(shè)計變量 DV)初始化，并構(gòu)建一個參數(shù)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(jié)構(gòu)的參數(shù)化模型進(jìn)行加載與求解； (3)進(jìn)入 ANSYS 的后處理模塊，提取有限元分析結(jié)構(gòu)結(jié)果并賦值給狀態(tài)變量 SV(約束條件 )和目標(biāo)函數(shù) OBJ(優(yōu)化目標(biāo) )。 通過對大量分析數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的工程含義實行判斷推理，評價新產(chǎn)品工作性能與合理性，提出新產(chǎn)品設(shè)計方面的改進(jìn)建議，使定量信息升華為深 層次的定性信息。進(jìn)行優(yōu)化計算，是一個不斷迭代的過程。結(jié)果表明，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以提高安全性和經(jīng)濟(jì)性，并為工程上的機(jī)械零部件的優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。 有限元法在工程結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 到目前為止，人們己非常成功的用有限元法實現(xiàn)了各式各樣工程問題的計算。但是直到 1950年， Clough又進(jìn)一步應(yīng)用有限元法處理了平面彈性問題，并提出了有限單元 (Finite Element)的名稱，這才使得有限元的理論和應(yīng)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(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，有限元法已經(jīng)可用于求解結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)、聲學(xué)等多問題，廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造，能源、汽車交通、軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)等 一般工業(yè)及科學(xué)研究的模擬分析。如果其中任一約束條件不滿足，設(shè)計就認(rèn)為是不合理的。在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設(shè)計方案。本文正是利用 ANSYS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。有限元法就是這樣一種數(shù)值方法。它不但可以解決工程中的線性問題，非線性問題，如塑性、屈曲、蠕變、熱塑性、過屈曲、斷裂、沖擊、穿透、疲勞、流固禍合、剛?cè)狍w禍合、晃動、安全防護(hù)等。 本科畢業(yè)論 4 CAD軟件的無縫集成當(dāng)今有限元分析系統(tǒng)的另一個特點是與通用 CAD軟件的集成使用，即在用 CAD軟件完成部件和零件的造型設(shè)計后，自動生成有限 元網(wǎng)格并進(jìn)行計算，如果分析的結(jié)果不符合設(shè)計要求則重新進(jìn)行造型和計算，直到滿意為止，從而極大地提高了設(shè)計水平。針對上述問題，本課題組決定采用有限元方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，以便取得較好的結(jié)果。從分析數(shù)據(jù)中提煉出設(shè)計者最關(guān)心的結(jié)果，檢驗和校核產(chǎn)品設(shè)計的合理性。 優(yōu)化設(shè)計的基本原理 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。 結(jié)果 與討論 本問題采用一階優(yōu)化方法，將目標(biāo)函數(shù)的允許誤差定為 10kg，共進(jìn)行了 12 次優(yōu)化循環(huán)，迭代后由于滿足收斂條件而退出，加上初值，共獲得 13 組數(shù)據(jù)，優(yōu)化結(jié)果見表 所示。通過這次設(shè)計，自己重溫了有關(guān)優(yōu)化設(shè)計和機(jī)械原理等方面的知識，并且學(xué)習(xí)使用 軟件，對自己以后的工作學(xué)習(xí)幫助很大。在資料收集過程中林老師也給予了我很大的幫助。VOLU39。畢業(yè)設(shè)計讓我學(xué)到了好多好多課堂上學(xué)不到的東西，它增加了我實際動手操作的能力，并且使我學(xué)會了如何把現(xiàn)實中的應(yīng)用和理論聯(lián)系起來。 圖 承壓齒盤結(jié)構(gòu)圖 從圖 可以看到，其結(jié)構(gòu)具有對稱性，承受的載荷和約束也是軸對稱的 , 因 此在分析時可以利用對稱性的條件，簡化分析模型的規(guī)模，見圖 。本科畢業(yè)論 7 第三章 . 基于 ANSYS 的承壓齒盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 結(jié)構(gòu)優(yōu)化是結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要方面。當(dāng)然，為防止優(yōu)化過程在某些問題中不收斂，還提供了循環(huán)數(shù)量控制。 它含有參數(shù)化設(shè)計語言 APDL，該語言用建立智能分析的手段為用戶提供自動完成有限元分析過程的功能。為此近年來國外一些公司花費(fèi)了大量的人力和投資開發(fā)諸如 MARC, ABQUS和 ADINA等專長于求解非線性問題 的有限元分析軟件，并廣泛應(yīng)用于工程實踐。顯然隨著單元數(shù)目的增加，或者隨著單元自由度的增加及插值函數(shù)精度的提高，解的近似程度將不斷改進(jìn)。經(jīng)過 40多年的發(fā)展，不僅是各種不同的有限元方法形態(tài)相當(dāng)豐富，理論基礎(chǔ)相當(dāng)完善，而且已經(jīng)開發(fā)了一批使用有效的通用和專用有限元軟件，應(yīng)用這些軟件已經(jīng)成功地解決了機(jī)械、水工、土建、橋梁、機(jī)電、冶金、造船、宇航、核能、地震、物探、氣象、水文、物理、力學(xué)、電磁學(xué)以及國際工程等領(lǐng)域眾多的大型科學(xué)和工程計算難題，有限元軟件已經(jīng)成為推動科技進(jìn)步和社會發(fā)展的生產(chǎn)力，并且取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。 By means of the puter, according to the performance of the pursuit of design goals, it establishes the objective function. To meet a variety of constraints under which it will seek the optimal design. Optimal design has been the practice in the production of a wide range of applications. How can we find a group of the most appropriate design variables, in the allowed range of products designed to make the most reasonable structure, the best performance, highest quality, lowest cost (that is, the best technoeconomic indicators), there is a market petitiveness and at the same time design and not a very long time. This is the optimization of the design problem to be solved. In this paper, examples of the gear pressure plate structure introduced in ANSYS to optimize the design to achieve the basic principles and major steps. The result indicates that the rational optimization design can improve the security and economy