【正文】 性，提出新產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的改進(jìn)建議，使定量信息升華為深 層次的定性信息。③動畫模擬結(jié)構(gòu)變形過程。 主要包括：①對應(yīng)力和位移排序、求極值，檢查應(yīng)力和位移是否超出規(guī)定值。 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。比如說，若使用的是零階函數(shù)逼進(jìn)優(yōu)化，可用命令設(shè)定最多循環(huán)多少次退出，當(dāng)不可行解連續(xù)出現(xiàn)多少次就認(rèn)為優(yōu)化過程發(fā)散，強(qiáng)行退出等。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。假設(shè) jF 、 jX 和 1?jF 、 1?jX 分別為目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計(jì)變量第 j次迭代和第 j1 次迭代的結(jié)果 ( jX 為矢量 )， F和 X分別是當(dāng)前的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)和相應(yīng)的設(shè)計(jì)變量值。在實(shí)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(jì)算并認(rèn)為找到了最優(yōu)方案。進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，是一個不斷迭代的過程。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。 ANSYS 的優(yōu)化方法及收斂準(zhǔn)則 優(yōu)化模塊中有 2 種優(yōu)化方法：第 1 種是通用的函數(shù)逼近優(yōu)化方法，其本質(zhì)采用最小二乘法逼近，求取一個函數(shù)面來擬合解空間，然后對該函數(shù)求極值。 從廣義上來說，優(yōu)化設(shè)計(jì)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(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。 APDL 允許復(fù)雜的數(shù)據(jù)輸入，使用戶對任何設(shè)計(jì)或分析屬性有控制權(quán)，例如尺寸、材料、載荷、約束位置和網(wǎng)格密度等、擴(kuò)展了傳統(tǒng)有限元分析范圍之外的能力，并擴(kuò)充了更高級運(yùn)算，包括靈敏度研究、零件參數(shù)化建模、設(shè)計(jì)修改及優(yōu)化設(shè)計(jì) [8]。前處理模塊提供一個強(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 )、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電 。 ANSYS 軟件簡介 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體，以有限元分析為基礎(chǔ)的大型通用軟件，已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、石油化工、輕工、造船、航空航天、汽車交通、電子、土木工程、水利、鐵道、日用家電等一般工業(yè)及科學(xué)研究。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]。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)。 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(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)。 本課題的研究內(nèi)容和意義 本課題是借助于 ANSYS 有限元分析軟件對承壓齒盤的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。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，整個計(jì)算系統(tǒng)用于求解運(yùn)算的時間越來越少，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。這些軟件的共同特點(diǎn)是具有高效的非線性求解器以及豐富和實(shí)用的非線性材料庫。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。 有限元法和軟件發(fā)展特征 當(dāng)今國際上 FEM方法和軟件發(fā)展呈現(xiàn)出以下一 些趨勢特征 [4]： 構(gòu)化矩陣分析發(fā)展而來，逐步推廣到板、殼和實(shí)體等連續(xù)體固體力學(xué)分析，實(shí)踐證明這是一種非常有效的數(shù)值分析方法。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)生或帶來了巨大的社會與經(jīng)濟(jì)效益。 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(shí)現(xiàn)了各式各樣工程問題的計(jì)算。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(shí)問題盡可能逼近的有限元建模經(jīng)驗(yàn)和對實(shí)際問題和準(zhǔn)確判斷。而且對于不同性質(zhì)的材料，如各向同性、各向異性、枯彈性和粘塑性材料以及流體均能求解。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：同時有限元方法可以計(jì)算出構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力 (這對試驗(yàn)方式來說非常困難 )，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)度評定，使得結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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。如果單元是滿足要求的，近似解最后將收斂于精確解。求解出這些未知量，就可以通過插值函數(shù)計(jì)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。有限單元法的另一個重要特點(diǎn)是利用在多個單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片地表示全求解域是待求的未知場函數(shù)，單元內(nèi)的近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)或其在單元的 各個節(jié)點(diǎn)的數(shù)值和其插值函數(shù)來表達(dá)。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(jì)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。但由于當(dāng)時計(jì)算條件的限制，這種方法并沒有受到足夠重視。從數(shù)學(xué)角度來看，有限元基本思想的提出，可以 1943年 Courant的開創(chuàng)性工作為標(biāo)志?，F(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。 本科畢業(yè)論 2 對于許多工程問題，不可能獲得解析的 數(shù)學(xué)解。 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]。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。 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(jì)算結(jié)果往往與實(shí)際不符，因此缺乏參考價(jià)值。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。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。 本文是運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對承壓齒盤進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。 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)。 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)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 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。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)。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）， 有市場競爭能力，同時設(shè)計(jì)的時間又不要太長，這就是優(yōu)化設(shè)計(jì)所要解決的問題。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。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 ......................