基于MATLAB与ANSYS的结构优化设计

MATLAB与ansys对汽车变速器传动轴联合优化仿真注：MATLAB与ansys对应的版本须一致，如2013版MATLAB 需对应13版的ansys，否则联合仿真时可能会报错一、建立数学模型1、设计变量：选择轴的直径和长度作为变量，X=[dL ]=[x1x2]2、目标函数：轴的质量最小f(X)=ρπx124x2=6.126×10−6x12x23、约束条件（1）扭转强度条件：τT=TW T −[τT]=865803d3−60<0（2）扭转刚度条件：θ=TGI −[θ]=21.38d4−1<0（3）几何条件：23≤d≤26 ，128≤L≤163二、MATLAB优化1、首先在磁盘中建立shaft文件夹（如E盘），在该文件夹中放入fun.m和confun.m 文件，见图1图1fun.m内容：function f=fun(x)f=6.126*10^-6*x(1)^2*x(2);confun.m内容：function[c,ceq]=execonfun(x)c(1)=865803/x(1)^3-60;c(2)=21.38/x(1)^4-1;c(3)=23-x(1);c(4)=x(1)-26;c(5)=128-x(2);c(6)=x(2)-163;ceq=02、在MATLAB窗口中输入如下程序：x=[25,180];lb=[23,128];ub=[26,163];[x,fval,exitflag,output]=fmincon('fun',x(),[],[],[],[],lb,ub,'confun') 3、得到结果如图2图2取整后得到最优点X=[dL ]=[25128]三、MATLAB与ANSYS联合优化仿真1、将MATLAB结果文件取整后导出TXT文件，保存在shaft文件夹中，见图3。

在shaft文件夹中建立shaft.mac命令流文件，内容如下：图3/FILNAME,shaft* DIM,XX,ARRAY,2,1* VREAD,XX,E:\shaft\data,txt,,jik,2,1(15f16.6)/PREP7ET,1,BEAM188MP,EX,1,2e11MP,PRXY,1,0.27SECTYPE,1,BEAM,CSOLIDSECOFFSET,CENTSECDATA,XX(1,1)/2000,40N,1,0,0,0N,15,XX(2,1)/1000,0,0FILL,1,15,13E,1,2EGEN,14,1,1FINISH/SOLD,1,ALLF,15,MX,170/STATUS,SOLUSOLVEFINISH/ESHAPE,on/POST1PLNSOL,U,SUMPLNSOL,S,XYSAVE2、在MATLAB命令窗口中输入如下命令x=[30,180];lb=[24,128];ub=[40,156];[x,fval,exitflag,output]=fmincon('fun',x(),[],[],[],[],lb,ub,'confun')x=ceil(x);save('E:\shaft\data.txt','x','-ascii')!’’D:\Program Files\ANSYS Inc\v140\ansys\bin\winx64\ANSYS140.exe’’-b-np7-dir E:\shaft\-i E:\shaft\shaft.mac-o ‘’E:\shaft\output.txt’’3、得到应力云图4，最大剪应力为49.3MPa，小于许用值，优化结果可靠（本人电脑上的MATLAB为12b，ansys为14.0，版本不一致，故参考书上的结果）。

基于MATLAB和ANSYS的悬臂梁拓扑优化88-51-FB-5B-3A-66现代设计理论和方法大作业----基于MATLAB和ANSYS的悬臂梁拓扑优化指导老师：刘志刚项目组长：薛亚波项目成员：机自66学院：机械工程学院基于MATLAB和ANSYS的悬臂梁拓扑优化一、计划和任务安排表1.1学习时间安排表：1.2任务分配表：二、项目背景介绍及问题描述2.1项目背景及意义：2.1.1工程背景及基本原理：通常把结构优化按设计变量的类型划分成三个层次：结构尺寸优化、形状优化和拓扑优化。

尺寸优化和形状优化已得到充分的发展，但它们存在着不能变更拓扑结构的缺陷。

在这样的背景下，人们开始研究拓扑优化。

拓扑优化的基本思想是将寻求结构的最优拓扑问题转化为在给定的设计区域内寻求最优材料的分布问题。

寻求一个最佳的拓扑结构形式有两种基本的原理：一种是退化原理，另一种是进化原理。

退化原理的基本思想是在优化前将结构所有可能杆单元或所有材料都加上，然后构造适当的优化模型，通过一定的优化方法逐步删减那些不必要的结构元素，直至最终得到一个最优化的拓扑结构形式。

进化原理的基本思想是把适者生存的生物进化论思想引入结构拓扑优化，它通过模拟适者生存、物竞天择、优胜劣汰等自然机理来获得最优的拓扑结构。

2.1.2 本文研究意义：目前，结构优化大部分集中在尺寸设计变量(如板厚、杆的剖面积及管梁的直径)。

拓扑结构优化较尺寸优化复杂,但对于有些问题拓扑结构优化比尺寸优化有效,悬臂梁是其中的例子之一。

本文讨论悬臂梁的拓扑优化问题,围绕这一问题,怎样使结构具有最大刚度的设计占有相当重要的地位;怎样优化结构的形状使材料的分布，更加合理从而达到使结构具有最大刚度的目的是本文要研究的问题。

2.2研究现状2.2.1 理论研究现状：结构拓扑优化是近20年来从结构优化研究中派生出来的新分支，它在计算结构力学中已经被认为是最富挑战性的一类研究工作。

目前有关结构拓扑优化的工程应用研究还很不成熟，在国外处在发展的初期，尤其在国内尚属于起步阶段。

桁架结构优化的MATLAB和ANSYS联合仿真
马学莉;杨海霞
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2014(036)012
【摘要】采用基本粒子群优化算法,对桁架结构在满足位移约束及应力约束条件下进行重量最轻优化设计.桁架杆件的应力和节点位移由ANSYS求得并传递给MATLAB编写的优化程序,经过MATLAB优化得到的杆件面积再返回给ANSYS,如此反复直至结果满足精度要求.数值算例表明将MATLAB和ANSYS联合优化应用于桁架结构优化设计是有效可行的.
【总页数】3页(P69-71)
【作者】马学莉;杨海霞
【作者单位】河海大学工程力学系,南京210098;河海大学工程力学系,南京210098
【正文语种】中文
【中图分类】TU311.41
【相关文献】
1.基于Matlab和ANSYS的钢管桁架结构优化设计 [J], 秦林肖;潘颖
2.基于Matlab与Ansys联合仿真平台的空气压缩机减振分析 [J], 杜帅妹;周劲松;凌太波
3.联合Ansys与Matlab进行钢箱梁顶推施工过程仿真优化 [J], 李传习;王俊;董创文;张玉平
4.基于Ansys Workbench有限元分析的桁架结构优化设计分析 [J], 褚帅;张春光;李上青;张俊峰;安磊;杨煜兵;刘佳慧
5.基于MATLAB和ANSYS联合仿真的罐车寿命预测 [J], 辛天佐;李守成
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

水工结构优化设计作业姓名：学号：指导老师：年级：2014/6/15水工结构优化设计 2014重庆交通大学·河海学院主讲教师：李怡个人作业1某钢结构引桥主梁的计算图示可采用下图左中的简支梁。

其断面如下图右所示对称工字型组合截面，腹板与翼板件间用焊缝连接。

该梁承受均布荷载10kN/m. 图中L = 24m, t = 30mm, δ=16mm. 假设断面尺寸沿L不变。

1.这种设计在实际工程实践中通常考虑哪些约束条件？（5分）2.以最小化梁总重量为目标，对b和h进行优化设计。

主要考虑两个约束条件：跨中最大弯曲应力不大于钢材屈服强度（钢材屈服强度自定）；跨中最大挠度不大于L/200。

请采用任意数学优化方法求解，并提供计算过程。

（可借助通用编程语言，如MatLab, C, C++, VB, FORTRAN等。

如采用编程语言，请提供具体语句。

）（10分）3.用任意通用优化软件（如MatLab 优化工具箱、LINGO、Excel Solver等）求解2.中的优化设计问题。

要求提供程序语句和运算结果。

（5分）4.用ANSYS 优化工具求解2.中的优化设计问题。

（5分）ANSYS的优化工具可参考：●《ANSYS 11.0 结构与热力学有限元分析—实例指导教程》（王建江等编著，机械工业出版社，2008）●《基于有限元法的结构优化设计—原理与工程应用》（梁醒培、王辉著，清华大学出版社，2010）可合理采用各种假设，并请明确说明。

第17周周1课上提交。

占总成绩25%。

答： 1.(1) 满足强度条件 ①满足抗弯强度《规范》规定，仅在弯矩x M 作用下，梁的抗弯强度按下式计算xx nxM f W γ≤ 式中 x M ——绕x 轴的弯矩；nx W ——对x 轴的界面模量；x γ——截面塑性发展系数，对工字形截面取 1.05x γ=，承受动力荷载时取1.0x γ=。

f ——钢材的抗弯强度设计值。

②满足抗剪强度对于工字形截面，其最大剪应力在腹板中性轴处，梁的抗剪强度需满足下式：v wVSf It τ=≤ 式中 V ——梁的剪力设计值； I ——毛截面惯性矩；S ——计算剪力处以上（或以下）部分对中性轴的面积矩； w t ——计算剪应力处的截面宽度； v f ——钢材的抗剪强度设计值。

基于ansys与matlab数据接口的cfd数值模拟优化设计方法与流程基于ANSYS与MATLAB数据接口的CFD数值模拟优化设计方法与流程一、概述CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）是通过数值计算方法对流体运动进行模拟和分析的一种技术。

在工程领域中，CFD技术可以用来研究和优化各种产品和系统的性能，例如飞机、汽车、船舶、建筑物、管道等。

其中，ANSYS是一种广泛使用的CFD 软件，而MATLAB则是一种强大的数学计算软件。

本文将介绍基于ANSYS与MATLAB数据接口的CFD数值模拟优化设计方法与流程。

二、步骤1. 准备工作在进行CFD数值模拟之前，需要准备以下工作：（1）确定研究对象：例如飞机机身、汽车车身等。

（2）建立几何模型：可以使用CAD软件进行建模。

（3）确定边界条件：例如入口速度、出口压力等。

（4）选择适当的网格划分方式：网格划分对计算精度和效率有很大影响。

2. 进行数值模拟使用ANSYS进行数值模拟的具体步骤如下：（1）导入几何模型：将CAD软件中建立好的几何模型导入到ANSYS 中。

（2）进行网格划分：根据研究对象的形状和要求，选择适当的网格划分方式进行划分。

（3）设置边界条件：根据实际情况，设置入口速度、出口压力等边界条件。

（4）进行数值计算：使用ANSYS中的求解器对流体运动进行数值计算，得到流场参数。

3. 数据处理将ANSYS计算得到的数据导出到MATLAB中进行数据处理和优化。

具体步骤如下：（1）将ANSYS计算结果导出为文本格式。

（2）在MATLAB中读取文本文件，并进行数据处理和优化。

（3）根据实际需求，可以使用MATLAB中的各种函数和工具箱对数据进行分析和优化。

4. 优化设计根据数据处理结果，对研究对象进行优化设计。

具体步骤如下：（1）根据数据处理结果，确定需要改进或优化的方向。

（2）对几何模型进行修改或调整，例如改变形状、增加细节等。