《有限元 优化设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有限元 优化设计（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、现代设计方法课程设计 第 1 页 共 24 页 目录 一前言 二有限元课程设计 1.问题阐述 2.简化模型 3.解析法求解 4.创建节点 5.施加均布载荷和约束 6.ANSYS 求解 7.结果分析 三机械优化设计说明1.问题阐述2.二次插值法 C 语言程序3.结果显示4.结果分析 四心得 五参考文献现代设计方法课程设计 第 2 页 共 24 页 前言 随着科学技术的飞速发展，现代社会对生产与生活、物资与精 神提出了更多更高的要求，这就需要设计人员学习和掌握现代科学 设计理论和方法，开拓思路，提高现代设计能力，使所设计的产品 具有先进性、可靠性、经济性、及时性。 随着有限元分析商品化软件的普及，
2、有限元分析已从过去的只 有较少数专业人员掌握的理论和方法，变为大学生、研究生、科技 工作者、工程技术设计人员广泛使用的通用分析工具，在各行各业 中起着很大的作用。在有限元诸多软件中，ANSYS软件是融结构、 流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。 由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能 与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等， 是现代产品设计中的高 级CAD工具之一。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算 模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大
3、的实体建模及网格 划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结 构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析） 、流体动 力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合 分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分 析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、 矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可 看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲现代设计方法课程设计 第 3 页 共 24 页 线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟 工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以
4、运行在从 个人机到大型机的多种计算机设备上，如 PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。 同时，近年来，优化设计亦是快速发展。在计算机辅助设计中， 运用优化方法后，使得在设计过程中能不断选择设计参数并选出最 优设计方案，又能加快设计速度，缩短设计周期。把优化设计同计 算机辅助设计结合起来，使设计过程完全自动化，已成为设计方法 的一个发展趋势。现代设计方法课程设计 第 4 页 共 24 页现代设计方法任务书 学 院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及 其自动化 学生姓名 耿旭 班级学号 0701013307 训练报告题目 技术参数、内容及要求： 一、有限元课程训练 1学习 CA
5、E软件ANSYS，主要上机练习有 （1）连杆的静力学分析（2）桁架的有限元分析（3）梁与曲轴结构的 内力计算（4）压力容器的静力学分析（5）机翼模型的模态分析 （6）压杆稳定临界载荷计算（7）过盈配合与拔销耦合分析 2由学生通过调研，在工厂、企业或科研单位进行工程实践的基 础上，结合实际需要拟定的题目。 二、优化课程 上机调试优化计算程序，并结合工程实际自找算例 进行计算。主要上机练习有： (1)二次插值法 (2)Powell法 (3)惩罚函数 进度安排: 一、有限元上机（20学时） 第 1次上机（4学时）：学习ANSYS软件，作练习1、2； 第 2次上机（4学时）：学习ANSYS软件，作练习
6、3、4； 第 3次上机（4学时）：学习ANSYS软件，作练习5、6； 第 4次上机（4学时）：学习ANSYS软件，作练习7； 第 5次上机（4学时）：自拟题目上机。 二、优化设计上机（12学时） 优化计算程序的调试及计算算例 注：利用业余时间撰写课程设计说明书。现代设计方法课程设计 第 5 页 共 24 页 指导教师（签字）： 2010年5月10日 教研室主任（签字） 2010年5月10日有限元课程设计 一、问题阐述 材料力学（刘鸿文 第四版） P126 外伸梁上均布载荷的集中度为q=2kN/m，集中力偶矩 M e =10kNm列出剪力方程和弯矩方程，并绘制剪力图和弯矩图。 二、简化模型1、梁
7、的参数：长度 l=8m；宽度 b=1m厚度 h=0.5m2、材料参数梁选择线性、弹性、各向同性的材料。它的弹性模量 EI=2.07Gpa,泊松比选择 u=0.26。3、梁的边界条件在节点A处梁受X方向、Y方向的约束；节点B 受Y方向的约束。现代设计方法课程设计 第 6 页 共 24 页4、梁的载荷CD之间作用着均布载荷q=2kN/m，在节点C处作 用着集中力偶Me=10kNm。经上述分析，此外伸梁可简化成一个二维单元，其中一端固 支，一端外伸。另一个支撑点变化为一个绞支点，在梁的上部分 布着均布载荷，中段有一个集中力偶，简化图如下： 图2-1 外伸梁简化图 3、解析法求解梁的CA、等三段内，剪
8、力和弯矩都不能有同一 个方程来表示，所以应分为三段考虑。对每一段都可以用同一个方 法计算，列出剪力方程和弯矩方程，方程中以为单位， （）以为单位，（）以为单位。由梁的平衡方程，求出支反力为F RA =3kN，F RB =7kN, F=2kN按照以前作剪力图和弯矩图的方法，应分段列出Fs和M 的方程式，然后依照方程式作图。现代设计方法课程设计 第 7 页 共 24 页在支应力Fra的右侧梁截面上，剪力为3kN。界面A到C 之间的载荷为均布载荷，剪力图为斜直线。算出截面C上的剪力 为（3-24）kN=-5kN,即可确定这条斜直线。截面C和B之间梁 上无载荷，剪力图为水平线。截面B上有一集中力Frb
9、，从B左 侧到B得右侧，剪力图发生突然变化，变化的数值即等于Frb。 故Frb右侧截面上的剪力为（-5+7）kN=2kN。截面B和D之间无 载荷，剪力图又为水平线。 截面A上的玩具Ma=0.从A到C梁上为均布载荷，弯矩图 为抛物线。在这一段内，截面E上剪力等于零，弯矩为极值。E 到右端的距离为1.5m，求出截面E上的极值为Me=（3kN)(1.5m）-0.5（2kN/m） （1.5m） （1.5m）=2.25kNm求出集中力偶矩Me左侧截面上的弯矩为Mc=-4kNm。由 Ma，Me和Mc，便可联成A到C间的抛物线。截面C上有一集 中力偶矩Me，从C到左侧到C得右侧，弯矩有一突然变化， 变化的数
10、值即等于Me。所以在Me的右侧截面上，Mc右=（- 4+10）kNm=6kNm。截面C与B间梁上无载荷，弯矩图为 斜直线。算出界面B上Mb=-4kNm，于是就确定了这条直线。 B到D之间弯矩图也为斜直线。在截面B上，剪力突然变化， 弯矩图也突然变化。现代设计方法课程设计 第 8 页 共 24 页依照建立方程和弯矩方程，分段做剪力图和弯矩图：图3-1 剪力图现代设计方法课程设计 第 9 页 共 24 页图3-2 弯矩图 四、求解 将梁划分为个单元，1个节点，用BEAM3来建立单元进行静力 学分析。现代设计方法课程设计 第 10 页 共 24 页1、单元与节点列表：LIST ALL SELECTE
11、D ELEMENTS. (LIST NODES)ELEM MAT TYP REL ESY SEC NODES现代设计方法课程设计 第 11 页 共 24 页1 1 1 1 0 1 22 1 1 1 0 1 33 1 1 1 0 1 44 1 1 1 0 1 55 1 1 1 0 1 66 1 1 1 0 1 77 1 1 1 0 1 88 1 1 1 0 1 99 1 1 1 0 1 1010 1 1 1 0 1 1111 1 1 1 0 1 1212 1 1 1 0 1 1313 1 1 1 0 1 1414 1 1 1 0 1 1515 1 1 1 0 1 1616 1 1 1 0 1 1
12、7 2、根据问题描述，在ANSYS中设定，A点约束为UX,UY方 向的，B点约束为UY方向的约束，C点的弯矩为 10kNm，A点外力为3kN，B点为7kNm，C点为2kN现代设计方法课程设计 第 12 页 共 24 页 ANSYS中的模型为： 3、梁的变形图如下：现代设计方法课程设计 第 13 页 共 24 页图4-1 量的变形图 4、弯矩与剪力的计算结果：STAT CURRENT CURRENT CURRENT CURRENT ELEM IMOMENT JMOMENT ISHEAR JSHEAR 1 0.47393E-14 1.2500 -3.0000 -2.0000 2 1.2500 2.
13、0000 -2.0000 -1.0000 3 2.0000 2.2500 -1.0000 0.46185E-134 2.2500 2.0000 -0.44409E-13 1.0000 现代设计方法课程设计 第 14 页 共 24 页5 2.0000 1.2500 1.0000 2.0000 6 1.2500 -0.47670E-13 2.0000 3.0000 7 -0.47219E-13 -1.7500 3.0000 4.0000 8 -1.7500 -4.0000 4.0000 5.0000 9 6.0000 3.5000 5.0000 5.0000 10 3.5000 1.0000 5.
14、0000 5.0000 11 1.0000 -1.5000 5.0000 5.0000 12 -1.5000 -4.0000 5.0000 5.0000 13 -4.0000 -3.0000 -2.0000 -2.0000 14 -3.0000 -2.0000 -2.0000 -2.0000 15 -2.0000 -1.0000 -2.0000 -2.0000 16 -1.0000 0.0000 -2.0000 -2.0000 MINIMUM VALUESELEM 13 8 1 14VALUE -4.0000 -4.0000 -3.0000 -2.0000 MAXIMUM VALUESELEM 9 9 9 8VALUE 6.0000 3.5000
