【正文】 他們的全力支持是我完成論文的重要保證。在資料收集過(guò)程中林老師也給予了我很大的幫助。VOLU39。 由于所學(xué)知識(shí)有限，設(shè)計(jì)中難免存在錯(cuò)誤和不足之處，希望各位領(lǐng)導(dǎo)、老師加以指導(dǎo)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，這種方法的應(yīng)用空間將會(huì)得到進(jìn)一步的拓展。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，自己重溫了有關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)和機(jī)械原理等方面的知識(shí)，并且學(xué)習(xí)使用 軟件，對(duì)自己以后的工作學(xué)習(xí)幫助很大。畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)際動(dòng)手操作的能力，并且使我學(xué)會(huì)了如何把現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用和理論聯(lián)系起來(lái)。其中優(yōu)化后的質(zhì)量由最初的 下降到 ，減少了 %，優(yōu)化效果明顯。雖然 ANSYS 分析得到的最優(yōu)組數(shù)據(jù)的約束條件 S1 稍微超過(guò)最大值被認(rèn)為可取，但下一次迭 代就被認(rèn)為不可行，這主要是受到精度的限制 ,因?yàn)槿绻纫筮^(guò)高，計(jì)算時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，同時(shí)由于考慮到結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量要最小，使得規(guī)定的位移上限值偏小，所以約束條件最大值時(shí)才會(huì)超過(guò)極限值，但是從表 31 可以看到在第 13 組數(shù)據(jù)各約束條件都滿足了設(shè)計(jì)要求，所以整個(gè)優(yōu)化分析計(jì)算是合理的。 結(jié)果 與討論 本問(wèn)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(jiàn)表 所示。 圖 承壓齒盤結(jié)構(gòu)圖 從圖 可以看到，其結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，承受的載荷和約束也是軸對(duì)稱的 , 因 此在分析時(shí)可以利用對(duì)稱性的條件，簡(jiǎn)化分析模型的規(guī)模，見(jiàn)圖 。 4. 查看設(shè)計(jì)序列結(jié)果及后處理設(shè)計(jì)結(jié)果 ANSYS 軟件作優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般流程如圖 所示： 本科畢業(yè)論 9 圖 ANSYS 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖 基于 ANSYS 的承壓齒盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 如圖 所示承壓齒盤結(jié)構(gòu)。對(duì)于這兩種方法， ANSYS提供了一系列的分析 ?評(píng)估 ?修正的循環(huán)過(guò)程，即對(duì)于初始設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對(duì)分析結(jié)果 就設(shè)計(jì)要求進(jìn)行評(píng)估，然后修正，這一循環(huán)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，直到所有的設(shè)計(jì)要求都滿足為止。 優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本原理 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。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(jì) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。③改進(jìn)結(jié)構(gòu)件的支撐條件（如：增加 /消除 /重定位位移約束）。④應(yīng)力、應(yīng)變和位移的彩色濃淡圖或等值線、等位面、剖切面、矢量圖顯示，繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線等。從分析數(shù)據(jù)中提煉出設(shè)計(jì)者最關(guān)心的結(jié)果，檢驗(yàn)和校核產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性。當(dāng)然，為防止優(yōu)化過(guò)程在某些問(wèn)題中不收斂，還提供了循環(huán)數(shù)量控制。但實(shí)際上，對(duì)于一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題，其目標(biāo)函數(shù)的理論極小值預(yù)先不可能知道在哪里，因此要找到一個(gè)理想的終止準(zhǔn)則是很困難的，而只能從 每一步迭代計(jì)算中所得到的信息進(jìn)行判斷 [11]。如果說(shuō)第 1 種方法是大范圍普遍適合的粗優(yōu)化方法，那么第 2種就是局部細(xì)化的精優(yōu)化方法。針對(duì)上述問(wèn)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(jì)，以便取得較好的結(jié)果。 它含有參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言 APDL，該語(yǔ)言用建立智能分析的手段為用戶提供自動(dòng)完成有限元分析過(guò)程的功能。本文正是用有限元分析軟件中的設(shè)計(jì)語(yǔ)言對(duì)承壓齒盤部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是工程界較 為關(guān)注的領(lǐng)域，本文用承壓齒盤的實(shí)例介紹了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在 ANSYS 上實(shí)現(xiàn)的基本原理及主要步驟。 本科畢業(yè)論 4 CAD軟件的無(wú)縫集成當(dāng)今有限元分析系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)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(jì)后，自動(dòng)生成有限 元網(wǎng)格并進(jìn)行計(jì)算，如果分析的結(jié)果不符合設(shè)計(jì)要求則重新進(jìn)行造型和計(jì)算，直到滿意為止，從而極大地提高了設(shè)計(jì)水平。為此近年來(lái)國(guó)外一些公司花費(fèi)了大量的人力和投資開(kāi)發(fā)諸如 MARC, ABQUS和 ADINA等專長(zhǎng)于求解非線性問(wèn)題 的有限元分析軟件，并廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐。與此同時(shí)應(yīng)運(yùn)而生的有限元分析軟件多達(dá)幾百種，其中國(guó)外著名的有 ANSYS、 NASTRAN、 ALGOR、 Cosmos/M (SAP6的改版 )、 ABAQHS、 ASKA等包含了多種條件下的有限元分析程序，它們使用方便，計(jì)算精度高，其計(jì)算結(jié)果已成為各類工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和性能分析的可靠依據(jù)。這并不僅僅是有限元法才有的 缺點(diǎn)，而且也不影響有限元法在工程上的廣泛應(yīng)用。它不但可以解決工程中的線性問(wèn)題，非線性問(wèn)題，如塑性、屈曲、蠕變、熱塑性、過(guò)屈曲、斷裂、沖擊、穿透、疲勞、流固禍合、剛?cè)狍w禍合、晃動(dòng)、安全防護(hù)等。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)。由于單元按不同的聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行組合，且單元本身又可以不同的形狀，因此可以模型化幾何形狀復(fù)雜的求解域。從應(yīng)用角度來(lái)看，有限元法的第一次 成功應(yīng)用者是 Turener和 Clough等人他們?cè)诜治鲲w機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)，用有限元法第一次得出了平面應(yīng)力問(wèn)題的正確答案。有限元法就是這樣一種數(shù)值方法。經(jīng)過(guò) 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(kāi)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(guó)際工程等領(lǐng)域眾多的大型科學(xué)和工程計(jì)算難題，有限元軟件已經(jīng)成為推動(dòng)科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的生產(chǎn)力，并且取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。有限元法正是基于工程的實(shí)際需要而產(chǎn)生的。一個(gè)合理的設(shè)計(jì)是指滿足所給的約束條件（設(shè)計(jì)變量約束和狀態(tài)變量約束）的設(shè)計(jì)。本文正是利用 ANSYS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)。 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, and information is provided for improving design of all kinds of machinery parts. With ANSYS finite element optimized analysis function, the structure of pressured dentate disc has been optimized, which proves the feasibility by means of ANSYS optimized analysis. Thus supply new method and foundation for the others plicated structure. Key words: optimization design ANSYS gear pressure plate objective function 本科畢業(yè)論 1 第一 章 . 前言 現(xiàn)代企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)正轉(zhuǎn)向?qū)ふ液蛻?yīng)用高速、高效和智能化的工程分析手段，以提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力，提高產(chǎn)品性能、質(zhì)量和使用壽命，縮短產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，降低成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。 本文用承壓齒盤的實(shí)例介紹了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在 ANSYS 上實(shí)現(xiàn)的基本原理及主要步驟。 它以數(shù)學(xué)中的最優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為手段，根據(jù)設(shè)計(jì)所追求的性能目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)。在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。結(jié)果表明 ,合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)提供了依據(jù)。 隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 本文是運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)承壓齒盤進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。如果其中任一約束條件不滿足，設(shè)計(jì)就認(rèn)為是不合理的。有限元法的基本思想早在 40 年代初期就有人提出，但真正用于工程中則是在電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后。 本科畢業(yè)論 2 有限元技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 對(duì)于許多工程問(wèn)題，不可能獲得解析的 數(shù)學(xué)解。從數(shù)學(xué)角度來(lái)看，有限元基本思想的提出，可以 1943年 Courant的開(kāi)創(chuàng)性工作為標(biāo)志。但是直到 1950年， Clough