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1、.目录一.前言二有限元设计部分1 问题阐述2 解析法求解3 模型简化4 ANSYS 软件应用说明5 结果分析三机械优化设计部分1 问题阐述2 解析算法3 黄金分割法顺序流程图4 C 语言源程序代码5 结果分析四设计心得五.参考文一前言. 下载可编辑 .二有限元设计部分1、问题阐述外伸梁上均布载荷的 集中度为 q=3kN/m，集中力偶 矩 Me=3kN m 列出剪力 方程 和弯矩方 程， 并绘制剪 力图 。材料力学（鸿文 第四版） P121图 2-1 外伸梁简化图2、解析法求解由梁的平衡方程，求出支反力为FRA=14.5kN，FRB=3.5kN梁的 C A、等三段，剪力和弯矩都不能有同一个方程来
2、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。在段：. 下载可编辑 . （）（=）（g）（）（ 3）（ =2）（h）在 AD段： （） FRA 14.5 （ 2m =6）（ i ）（）FRA（x-2 ）-（1/2 ）X =14.5（x-2 ）-（ 3/2 ）(j)(2m6m)M （x）是 x 的二次函数 , 根据极值条件 dM（ x）/d(x)=0, 得 14.5-3x=0由此解出 x=4.83m，亦即在那这一截面上， 弯矩为极值。代入（ j ）式得 AD段的最大弯矩为M=6.04kN m当截面取在DB 段，用
3、截面右侧的外力计算剪力和弯矩比较方便结果为 （） FRB .5kN（6m 8） （k）（） FRB(8-x)=3.5(8-x)(6mx8m)(l)依照建立方程和弯矩方程，分段做剪力图和弯矩图：. 下载可编辑 .图 2-1 剪力图. 下载可编辑 .图 2-2 弯矩图3、模型的简化1、梁的参数设定：长度 l=8m ；宽度 b= 2m ；厚度 h=0.5m2. 材料参数材料特性应理想条件， 即：满足完全弹性假定， 连续性假定，均匀性假定，各向同性假定的理想弹性体。所 以 ， 选择 弹 性 模 量 为 207e5 。 它 的 弹 性 模 量 EI=2.07Gpa, 泊松比选择 u=0.25 。3. 单
4、元选择：由于梁只受均布载荷和弯矩，所以我们择 2 维的单元。 BEAM3单元，运用于 2 维问题，具有拉，压，弯特性，在每个节点上有 3 个自由度 x,y 方向位移以及绕 z 轴的旋转。选择 BEAM单元家族中的 2D elastic3 类型。即为二维梁单元。根据梁的几何参数，所以参数定义为：AREA=1，Izz=0.020833,HEIGHT=0.54、梁的边界条件在节点 A 处梁受 X,Y 两个方向的约束； 节点 B 受只受 Y 方向的约束。5、梁所受的载荷CD 之间作用着均布载荷 q=3kN/m，在节点 D 处作用着集中力偶 Me=3kN m，方向为顺时针方向，所以为负值。. 下载可编辑
5、 .4ANSYS软件应用说明由以上分析可知， 在处， 有一个 X 和 Y 方向的约束，在到的梁上作用着大小为 3KN/m均布载荷，而 x=6m处还作用着一个力偶 Me=3kNm. x=8m 处有一个固定端， 只限制 Y 方向上位移。集中力载荷的作用点一般分布在载荷强度的突变点，分布载荷与自由边界的分界点，支承点等都应该取为节点。 所以将 X=0,X=2,X=6,X=8 设置为节点， 节点均布，将梁划分为个单元，个节点。4求解过程1 创建节点Mainmenu: preprocessor modeling create nodeIn ActiveCS。在编辑框输入节点号1，并在 X，Y，Y 后的编
6、辑框输入0， 0， 0 作为节点 1 的坐标值。按下 Apply 按钮，输入节点号 17，并在 X，Y，Y 后的编辑框输入 8， 0， 0 作为接点 17 的坐标值。Main menu: preprocessor modeling create node Fill between Nds。. 下载可编辑 .4在 Fill between Nds功能下完成节点1 到节点 17之间节点的填充. 下载可编辑 .2. 显示各个节点Utility Menu: Numberings，将Node numbers 设为ON,Utility Menu: Poltnodes，Utility Menu: Listn
7、odes。按下 OK，关闭窗口。2 定义单元类型和材料特性 1 定义单元类型1Main menu: Element Type Add/Edit/Delete，按下 add 按钮，选择左侧列表中的BEAM单元家族，及右侧列表中 2D elastic 3类型。2 定义材料特性1选 择Main menu: preprocessor Material. 下载可编辑 .Props Material Models。2在 材料 定 义 窗 口选 择 ： Structural Linear Elastic Isotropic 在 EX 后的文本框输入数值207e5 作为弹性模量。3 定义几何参数1. 根据模型
8、的几何参数，输入面积为 1，高度为 0.5所以在对话框依次输入 1， 1， 0.02088 ， 0.5 。安 OK 完成定义。3 创建单元1 创建单元Main menu: preprocessor modeling create Elements Auto numbered Thru Nodes 选节点 1 和 2。按下 OK按钮完成单元 1 的定义。Main menu: preprocessor copy Elements Nodes+Attributes. 在 ITIME 后输入 16 作为复制单元数，. 下载可编辑 .按下 OK键完成 2 到 16 单元的创建。2 显示单元资料Utili
9、ty Menu：plotctrls Numberings。在第一个下拉表中选择 Elements numbers 。 Utility Menu ：plot ElementsUtility Menu：List Elements Nodes+ Attributes。4 施加约束和载荷1 节点自由度约束1Mainmenu:Solution Defineloads Apply StructuralDisplacement On Nodes 选择节点 5。按下 Apply 按钮。选择自由度 UX和 UY，并在 VALUE后为其输入数值 0。按下 Apply 按钮选择节点 17，选择自由度UY，并在 VALUE后为其输入数值0。. 下载可编辑 .2 施加载荷1Main menu: Solution Defineloads Apply StructuralForce/MomentOn Nodes。选择节点 13，按下 Apply 按钮，在第一个下拉列表中选择 MZ，并在下面的文本框输入其值-3（逆时针为正方向）。Main menu: Solution Define loads Apply Structural Pressure On Beams。选择单元 1 到单元 12, 按下 Apply 按钮。在 LKEY后的文本框输入数值 1; 在 VALI 和 VALJ后的编
