ANSYSExample06懸臂梁優(yōu)化算例

1、06懸臂梁優(yōu)化算例(ANSYS在實際工程中，經(jīng)常遇到需要對結構構件進行截面優(yōu)化，以充分利用材料并節(jié)省造 價。ANSYS軟件提供了一些常用的結構優(yōu)化功能，本算例將以一個受均布荷載的平面 懸臂梁為例，介紹實用ANSYS軟件對構件進行優(yōu)化。知識要點：(1輸出命令流文件(2 Element Table 的使用(3結果的求和，排序(4設計變量，狀態(tài)變量，目標變量(5優(yōu)化算法(1首先用ANSYS建立有限元模型，先輸入以下控制參數(shù)：P=1e6 !作用在懸臂梁上的局部荷載L=10 !懸臂梁長度T1=1 !懸臂梁固定端截面高度T2=1 !懸臂梁中點截面高度T3=1 !懸臂梁自由端截面高度(2 進入 ANSYS

2、主菜單 Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete，添加單元類型為Plane 82(3在ANSYS主菜單Materials Props->Material Models 中添加鋼材材料屬性： Structural->Linear->Elastic->lsotropic ，輸入彈性模量為 200E3,泊松比為 0.3(1下面建立懸臂梁的模型，首先建立關鍵點信息，在ANSYS主菜單Preprocessor->Modeli ng->Create->Keypoi nts->ln Active CS，

3、依次輸入以下關鍵占：八、關鍵點編號X坐標丫坐標Z坐標10002L/2003L0040-T105L/2-T206L-T30(4 選擇 ANSYS 主菜單 Preprocessor->Modeling->Create->Lines->Lines->StraightLine,依次連接關鍵點 1 2, 2-3, 3-6, 6-5, 5-4, 4- 1, 5-2 (5 選擇 ANSYS 主菜單 Preprocessor->Modeling->Create->Areas->Aribitrary->ByLines,依次點選直線1, 7, 5, 6和

4、2, 3, 4, 7,生成面模型如圖(6 進入 ANSYS 主菜單 Preprocessor->Meshing ->Size Cntrls ->ManualSize - >Global ->Size，設定單元的最大尺寸為 L/50(7 進入 ANSYS 主菜單 Preprocessor->Meshing ->Mesh->Areas->Free，對生成的面進行網(wǎng)格劃分(8完成建模后開始添加邊界條件，首先進入ANSYS主菜單Solution->DefineLoads->Apply->Structural->Displac

5、ement->On Lines,選中直線 6,選擇約束所有位移(9 接著進入 ANSYS 主菜單 Solution->Define Loads->Apply->Structural->OnLines,選擇直線1和直線2,輸入壓力大小為P (10下面進行求解，進入 ANSYS主菜單Solution->Solve->Current LS ，求解當前 工況(11然后進入后處理進行結果整理，首先進入ANSYS主菜單Ge neral Postproc->List Results->Sorted List in g->Sort Nodes，選擇對

6、所有節(jié)點的 von Mises 應力進行排序。(12 接著進入 ANSYS 窗口頂部菜單 Parameters->Get scalar data ，在 Get Scalar Data 窗口中，選擇 Results data->Other operations ，在 Get Data from Other Post1 Operations 中選擇 from sort oper ->IMaximum value，把排序的結果存入 SMAX變量中。這時可以看到 SMAX的數(shù)值為325648992。(13接著我們需要所有單元的總體積，進入ANSYS主菜單General Postpro

7、c->Element Table->Define Table ，在 Element Table Data 窗口 中選擇 Add，在 Define Additional Element Table Items中選擇單元的幾何信息(Geometry)->單元體積(Elem Volume VOLU )(14下面對所有的單元體積進行求和，進入ANSYS主菜單Ge neral Postproc->Eleme nt Table->Sum of Each Item ，對剛才得到的單元體積進行求和(15 接著進入 ANSYS 窗口頂部菜單 Parameters->Get s

8、calar data ，在 Get Scalar Data 窗口中，選擇 Results data->Elem table sums ，在 Get Element Table Sum Results中，選擇將體積的求和結果存入 VTOTAL變量中。(16至此就完成了整個建立模型以及得到相應優(yōu)化設計所需變量的操作。下面需要 把剛才操作的命令流文件存成一個輸入命令流。在ANSYS操作目錄下找到jobname.log文件，將它復制為cantilever.txt文件，并將命令流里面參數(shù)定義以前的 部分刪去。(17下面開始進行優(yōu)化設計，進入 ANSYS主菜單Design Opt->Analy

9、sis，選擇 can tilever.txt輸入文件，如圖所示。(18下面開始設定設計變量，即需要優(yōu)化的變量。進入ANSYS主菜單Design Opt->Design Variables，在Design Variables窗口中點擊 Add按鈕，添加第一個設計 變量為T1，最大值為2,如圖所示。(18同樣的添加T2 , T3為設計變量，并設定其最大值均為 2(19下面添加狀態(tài)變量，所謂狀態(tài)變量就是優(yōu)化結果必須滿足的條件。我們這里設置最大的應力不能超過 300MPa,進入ANSYS主菜單Design Opt->StateVariable，設定狀態(tài)變量為 SMAX，最大值為300e6(

10、20最后定義目標變量，就是優(yōu)化的對象，本例子中為懸臂梁的總體積。進入 ANSYS主菜單Design Opt->Objective，選擇優(yōu)化對象為 VTOTAL，如圖。(21下面就可以進行優(yōu)化操作了。 ANSYS中提供了 8類不同的優(yōu)化工具。作者根 據(jù)經(jīng)驗建議一般首先選擇Sub-Problem優(yōu)化工具進行初步優(yōu)化，再使用 First-Order優(yōu)化工具進行進一步優(yōu)化。進入 ANSYS主菜單Design Opt- >Method/Tool，選擇Sub-Problem，其他選項采用默認設置。(22進入ANSYS主菜單Design Opt->Run，進行首次優(yōu)化操作。優(yōu)化得到的構件

11、截面如圖所示。目前總體積為 5.868(23 進入 ANSYS 主菜單 Design Opt->Method/Tool ，選擇 First-Order，進入 ANSYS主菜單Design Opt->Run，再做一次優(yōu)化'-UlJIlilllllllllllllllll Momrpffy Ci#mf+lw WteiTociFwcton 4>Miafu（24 進入 ANSYS 主菜單 Design Opt->Design Sets->Graphs/Tables ，選擇繪圖的 橫坐標為優(yōu)化次數(shù)（Set Number，總坐標為總體積（VTOTAL，可以看到優(yōu)化過程

12、中 體積的變化。jrf oi isvf ITM.IVE建模部分命令流cantilever.txtP=1e6L=10 ! Len gth of the can tileverT1=1 ! Height at the right end of the can tileverT2=1 ! Height at the mid of the can tileverT3=1 ! Height at the left end of the can tilever/prep7ET,1,PLANE82! Defi ne Material 定義材料MPTEMP,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,200e

13、9MPDATA,PRXY,1,.3!set up the modelk,1,0,0,0k,2,l/2,0,0k,3,l,0,0k,4,0,-t1,0k,5,l/2,-t2,0k,6,l,-t3,0l, 1,2l,2,3l,3,6l,6,5 l,5,41,4,1 1,5,2al,1,7,5,6al,2,3,4,7esize,l/50amesh,all/soludl,6,allSFL,1,PRES,P,SFL,2,PRES,P,solve/post1! Get Maximal StressNSORT,S,EQV,0,0, ,0*GET,SMAX,SORT,MAX! Get volume of all eleme ntsETABLE, ,VOLU,SSUM*GET,VTOTAL,SSUM, ,ITEM,VOLU優(yōu)化部分命令流/OPTOPANL,'cantilever','txt',''! Desig n variablesOPVAR,T3,DV, ,2,OPVAR,T2,