基于ANSYS的结构优化设计方法

基于ANSYS的结构优化设计方法

王云仓

【期刊名称】《水科学与工程技术》

【年(卷),期】2005(000)0z1

【摘 要】结构优化设计是一种寻找确定结构最优设计方案的技术,由于寻优需要进行大量的试算,而工程设计人员却往往得不到足够的设计周期,尤其是基于有限元技术的优化.美国大型有限元通用软件ANSYS一次计算即可完成结构的应力和寻优计算,不但完成了结构计算,满足了设计规定的约束条件,也实现了目标最优.

【总页数】2页(P11-12)

【作 者】王云仓

【作者单位】天津大学,建筑工程学院,天津,300072

【正文语种】中 文

【中图分类】TV3

【相关文献】

1.一种基于ANSYS的结构优化设计方法研究 [J], 应鸿烈

2.基于ANSYS的结构优化设计方法 [J], 张爱玲;蒋岚;成波

3.基于ANSYS的结构优化设计方法 [J], 王云仓

4.一种基于ANSYS的改进结构优化设计方法 [J], 仲济涛;张京军;何丽丽;高瑞贞

5.基于ANSYS的拖拉机传动装置结构优化研究 [J], 赵永刚

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务ｌ　訇　似　

基于ＡＮＳＹＳ的客车车身骨架优化设计　

Ａｎ　ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｂｕｓ　ｂｕｄｙ　ｆｒａｍｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｎｓｙｓ　

余启志　ＹＵ　Ｑ＿．ｚｈｉ　

（上海工程技术大学高等职业技术学院。上海２００４３７）　摘要：应用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ建立了车身骨架有限元模型并进行计算，采用其提供的优化方法　对车身结构进行优化设计。选取车身骨架总质量为优化目标函数，状态变量选定为整车扭转　刚度及车身低阶固有频率，设计变量选取为车身骨架主要型材的截面参数。最终保证客车在　性能满足要求的前提下，减轻车身自重。　关键词：车身结构；参数化分析；优化设计　中图分类号：ＴＨ１　２２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１　００９－０１　３４（２０１　１）４（下）－０１　３７—０３　Ｄｏｉ：１　０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１　００９－０１　３４．２０１１．４（下）．４０　

０引言　

优化设计作为一种新的设计方法，产生于２０　

世纪６０年代初，它是建立在近代数学规划论和计　

算机程序设计的基础上，能使一项设计在一定的　

技术和物质条件下寻求一个技术经济指标最佳的　

设计方案。在近代，优化设计愈来愈多地应用于　

产品的设计中，通过优化，零部件能够使其力学　

性能得到改善，并可获得最佳的结构尺寸。机械　

结构设计应用优化设计方法较传统的设计方法一　

般可节省材料７％～４０％。因此优化设计技术已　

越来越受到人们的重视。　

传统的优化设计方法不仅要求设计人员要了解　

所求解问题的工程背景，将设计问题转化为某种优　

化模型，而且还要懂得一门计算机编程语言，这样　

他才有可能能够完成优化设计。也正是这些问题的　

存在妨碍了优化技术在工程实际应用中的运用。　

ＡＮＳＹＳ软件是由总部位于美国宾夕法尼亚洲　

的ＡＮＳＹＳ公司创建，自１９７０年成立以来，一直　

致力于设计分析软件的开发，不断吸取新的计算　

方法和计算技术，并已为全球业业界所接受。在　

第３１卷第４期　２０１５年２月　甘肃科技　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＶｏｌＩ３１　Ｎｏ．４　Ｆｅｂ．２０ｌ５　

基于ＡＮＳＹＳ　Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的容器结构　

尺寸优化设计　

朱中文１　张自斌　孔田增　（１．兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州７３００７０；２．甘肃省机械科学研究院，甘肃兰州７３００３０）　

摘　要：以压力容器为研究对象，基于３Ｄ建模软件ＳＯＬＩＤＷＯＲＫＳ对压力容器进行参数化模型，利用有限元软件　ＡＮＳＹＳ　Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ对其进行数值仿真分析．依据Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ模块对压力容器的质量和强度进行　了优化分析。为压力容器的大型化、轻量化、高压化等提供了有效依据。　关键词：ＡＮＳＹＳ　Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ，压力容器，优化设计，敏感性分析　中图分类号：ＴＰ３９１．７　

压力容器被广泛应用在航空航天、石油化工、　冶金、电力和医药等行业，同时压力容器向着大型　化、多样化、复杂化发展。以往，主要采用基于弹性　失效的准则来设计压力容器．却忽略了压力容器应　力的不同性质和对压力容器失效不同程度的影响．　从而使得设计出来的容器笨重．浪费材料。不符合　压力容器设计的经济型要求。现代压力容器设计需　要在满足强度和有限寿命的前提下进行轻量化设　计。　随着高性能计算机和有限元软件的不断推出　和发展．利用计算机模拟优化压力容器结构已比较　成熟　本文介绍了有限元软件ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ对　压力容器应力分析及优化设计的方法．为压力容器　的结构设计提供了技术支持。　１参数化模型　

如图ｌ所示为压力容器接管部位的四分之一模　型，钢材弹性模量为２１０ＧＰａ，泊松比为０．３，强度极　限为２３０ＧＰａ，设计压力为２２ＭＰａ。从２Ｄ模型看出，　容器内半径　，壁厚为ｔ。、接管壁厚为ｔ　，容器尺寸范　围为Ｒ∈【８００，ｌＯＯＯ］，ｔ１∈［６ｏ，１００］，ｔ２　Ｅ［８０，１２Ｏｌ，利用　ＳＯＬＩＤＷＯＲＫＳ建模时首先采用Ｒ＝９００ｍｍ，ｔｌ＝８０ｍｍ　

42囱魁科技2021年•第1期

基于Ansys Workbench的汽车轮毂拓扑优化设计

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张江峡① 袁 敏①陈丽第② 谢欣然①①成都理工大学工程技术学院②四川力达新能源汽车有限公司

为了实现汽车轮毂结构相对于传统汽车轮毂的质量轻 化，以拓扑优化方法为理论依据，结合应用Ansys Workbench 对某汽车轮毂结构进行了轻量化设计，通过对轮毂进行拓扑 优化分析并将质量在其最大允许范围内进行合理分布，根据 模型的优化结果进行了二次设计。在符合设计要求的情况 下，相对于优化前减轻了 10%,材料的利用率得到较大的提 高，实现了轮毂结构轻量化的目标。

1引言轮毂为汽车的重要部件之一，一般小车车轮的轮毂材料几 乎为铝合金已是不争的事实，且一时半会难以找到能与之媲美 的材料，由此适当的车轮构造规划显得分外重要，良好的车轮 结构应该具备良好的功用，较高的质材利用率，以及方便对其 加工等特点X」。而传统的优化是基于重复实验、计算和验证的 设计经历，其优化进程繁琐且耗时久。拓扑优化思想与有限元 仿真优化方法相结合g,使得轻量化设计的过程更为简便，结 果更加精确，有效提高了设计效率并降低设计成本。以轮辐和 轮毂的中心面积为设计变量，对轮毂拓扑优化设计进行了有限 元仿真。2拓扑优化技术简介拓扑优化主要的优点就是可以按设定的算法自动地搜索材 料最佳分布区间。拓扑物体构造的改良能够大大改变结构的功 能，削减结构的质量，使材料得到最大化分布。应用有限元计 算结果的精确性和网格的质量关系密切，生成合适的有限元网 格直接决定后续计算的结果，在有限元分析软件ANSYS的基础 上进行轮辐位置轮毂和轮辐优化设计的相关边界条件和参数设 置及优化与求解在有限元分析软件ANSYS中，拓扑优化的 求解是在满足给定约束条件下求出最大或最小指标函数f。分析 中，每个单元的密度设定为0-1区间，显然0表示完全去除材 料，越接近1表示该部分保留的推荐值越大。轮毂拓扑优化数学 模型可以描述为：si^ndQ.＜,aV式中：f为结构柔度；“为第i个单元的伪密度，0W“Wl；a为体积 去除比；V为优化前餡设计空间体积。3轮毂的拓扑优化3.1建立初模根据某型号车轮毂数据，用solid works绘制初模，由于拓扑 优化模型曲面要求尽可能简单，结构需大致简化，因此在轮辐 上不画通风孔，只画轮毂的螺栓孔，使轮毂成为一个盘状圆 盘，便于分析。图1为勰的基磁