ansys结构优化设计x

￥ ｍｏ ｍ＿ ｆ ｅ ｅ ｄ — ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｝｛
—
上 述 所 示 代码 为 铣 内 孔 的 程 序 代 码 ， （ １ ） 为 传 统 编 程 方法 生 成 的 代 码 ，而 （ ２ ）为使用Ｑ 参 数 变 量 对进 给 速率 进 行 编程 生 成 的代 码 ，其 优 点 是 只 用 在 代 码０ ０ １ ９ ～０ ０ ３ ３ 中对 参 数 Ｑ 进 行 一次 设 定 或 修 改 ，便 可控 制 整个 代 码 后 的切 削进 给 速 率 ，此 应 用 对 于 复 杂 程 序 的 调 试 和 修 改 非 常 方 便 。 其 在ＵＧ中
头 连接 主 轴 箱 ，另一头 连 接 配 重块 ，在前 后 两 个
小等优点，但是成本较高。故大部分采用配重块的
配重 方 式 ，此 方 式用 的 支撑 架 大体 上 有 两种 结 构 。 本文 就 此 两 种 结 构 通 过 有 限元 分 析 软 件 ＡＮＳ ＹＳ 来 分析 其 优缺 点 ，对加 工 中心 的 结构 设 计具 有一 定 的
的实现须在Ｕ Ｇ Ｐ ｏ ｓ ｔ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｅ ｒ 中的Ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｓ 进行Ｑ的格式
定制 并 编制 和调 用 ｐ ｂ — ｃ ｍｄ — ｑ — ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ． ｔ ｃ ｌ 程 序 。Ｔ Ｃ Ｌ 程 序 代码 如 下 ：
７ ０：
参 磊 籼工
支 撑 架 上 前 后 各 开 一 个 一 定 尺 寸 的 孔 ，以 便 安 装 轴 ，轴上 安 装深 沟 球 轴承 、轴 用挡 圈及链 轮 。链 条
一
数控机床特别是立式加 工中心在得到广泛应用。结
构 设 计关 系到立 式 加 工 中心 的 刚度 、工艺 、寿 命 、 成 本 等 众 多 因素 。立式 加 工 中 心通 常 采用 两 种 配重 方 式 ，配重 块 和 油压 配 重 。油 压 配重具 有 结 构 尺 寸

ANSYS优化设计设计优化技术ANSYS优化设计是一种基于计算机仿真和数值分析的设计优化方法。

它利用ANSYS软件平台上的多物理场问题求解器和优化算法，对设计进行高效、全面的优化。

通过不断迭代求解和更新设计参数，最终达到设计性能的最优化。

ANSYS优化设计涵盖了多个领域的设计问题，例如结构优化、流体优化、电磁优化等。

在结构优化中，可以通过调整材料属性、几何形状和连接方式等设计参数，使结构在承受最大载荷的同时，尽可能地减少重量和成本。

在流体优化中，可以通过调整流体流动的速度、方向和阻力等设计参数，使流体系统的效率和性能得到最大化。

在电磁优化中，可以通过调整电磁场的分布和强度等设计参数，实现电磁设备的最佳性能。

ANSYS优化设计的核心是优化算法。

ANSYS提供了多种优化算法，包括遗传算法、进化算法、粒子群算法等。

这些算法可以根据设计问题的特点和约束条件选择合适的优化策略，并通过不断地试验和调整设计参数，逐步优化设计方案。

优化设计的目标通常是在一定的约束条件下，使设计满足最大化性能、最小化成本或达到特定的指标要求。

使用ANSYS进行优化设计需要以下几个步骤。

首先，确定优化目标和约束条件。

这包括定义设计的性能要求、约束条件、可变参数范围等。

其次，建立数学模型。

将设计问题转化为数学方程组，并确定相关参数之间的关系。

然后，选择合适的优化算法。

根据设计问题的特点和约束条件，选择合适的优化算法进行求解。

最后，进行多次迭代求解。

根据优化算法的要求，通过不断地更新设计参数，逐步接近最优解。

ANSYS优化设计具有以下优势。

首先，通过仿真和数值分析，可以提前发现并解决设计中的问题，减少试错成本。

其次，可以在多个设计方案中比较和选择最优解，提高设计性能。

第三，使用计算机仿真和优化算法，可以大大缩短设计周期，提高设计效率。

最后，ANSYS提供了丰富的优化设计工具和资源，使设计工程师可以更好地应用和掌握优化设计技术。

总之，ANSYS优化设计是一种基于计算机仿真和数值分析的设计优化方法。

第五章ANSYS 优化设计拓扑优化拓扑优化是指形状优化，也称为外形优化，其目的是寻找载荷作用下的物体最佳材料分配方案，最大刚度设计。

拓扑优化的原理是在满足结构体积缩减量的条件下使结构的柔度极小化。

极小化的结构柔度实际就是要求结构的刚度最大化。

ANSYS提供的拓扑优化技术用于确定系统的最佳几何形状，其原理是系统材料发挥最大利用率，同时确保诸如整体刚度、自振频率等在满足工程要求的条件下获得极大或极小值。

优化参数：不需要人工定义优化参数，而是自动将材料分布当作优化参数。

目标函数：是在满足给定的实际约束条件下（如体积减小等）需要极大或极小化的参数，通常采用的目标函数是结构柔量能量(the energy of structure compliance)极小化和基频最大等。

支持的单元类型：二维实体单元：PLANE2、PLANE82，用于平面应力或轴对称问题；三维实体单元：SOLID92、SOLID95；壳单元：SHELL93。

特别提醒：1、ANSYS程序只对单元类型编号等于1的单元部分进行拓扑优化，对于单元类型编号等于或大于2的单元网格不进行拓扑优化。

2、（1）拓扑优化只能基于线性结构静力分析或模态分析，其它分析类型暂时还不支持。

（2）ANSYS实际提供的拓扑优化为基于线性结构静力分析的最大静态刚度拓扑优化设计和基于模态分析的最大动态刚度优化设计，同时需要达到体积最小化目的。

（3）采用单载荷步或多载荷步的线性结构静力分析时，施加相应的载荷和边界条件。

采用模态频率分析，仅仅施加边界条件。

3、拓扑优化的结果对网格划分密度非常敏感，较细密的网格可以产生更加清晰、确定的拓扑结果，但计算会随着单元规模的增加而需要更多的收敛时间；相反，较粗的网格会生成模糊、不确定的拓扑结果。

另外，拓扑优化结果对载荷情况十分敏感，有时很小的载荷变化将导致拓扑优化结果的巨大差异。

优化设计1． 简介举例：如何在原材料消耗最少情况下，使水杯的容积最大。

转 子绕 组 ， 在转 子绕 组 中产 生感 应 电势 、 电流 ， 而产 生 电 从 磁转 矩 ， 动负载 。 驱 ３ ＡＮＳ ＹＳ有 限元仿 真
分析
相异 步 电动机
改制 而 成 的 ， 为 了使 研制 的
双转 子 异步 电
动 机 的性 能 和
永 磁体 选 用 铷铁 硼
较 高 的温 度 系数 。
双 转 子 二 相 异 步 电
动 机 的总 体 结构 冈如 图 １ 所示 。
双转 子三 相 异步 电动 机 的截 面 冈如 图 ２所 永 。 双 转子 异 步 电动机 的 作原 理 ： 转子 异步 电 动机定 双
动机 ， 如 其 名 ， 转 子 电机 具 备 了 笼型 转 子 和 内转 子 两 恰 双 个 转 子 ， 过 定 、 子 的 相 互 作 用 ， 而 达 到 改 善 功率 因 通 转 从
１ 引 言
我 们 在 研 制 双 转 子 异 步
电 动机 时 ， 用 ｒ同一 电 采 转 子 采 用 同一 型 号 的 电 机笼 型转 子 改 制而 成 ， 且 有 相 同的气 隙 长度 。 内转 子磁 钢采 用 铷铁 硼 ， 具有
在 电机 中 ， 永磁 体 通 常是 电机 中 最 昂 贵的部 分 ， 以 所 本 ，就 要求 我 们 正确 地 选择 永 磁 体 材料 和 合 理 地设 计 永 磁体 的尺 寸 ，使 电机 效 率 和 经济 效 率最 优 化 。本 文 利 用 计 算 ， 电机结 构 进行 优 化 没计 。 对 ２ 双转 子 三相 异 步 电动 机 的结构 和基 本原 理 目前 ， 国际 卜 多 国家都 制 定 了 电动 机 的效 率 标 准 ， 许 从 保 护环 境 、 约能 源 的角度 而 占 ， 节 高效 率 电动机 的研 制

定 设 计 变 量 为 截 面 面 积 ， 态 变 量 为 下 平 面 节 点 位 移 和 杆 件 状
性 和 变 形 协 调 性 。 够 有 效 承 受 非 对 称 荷 载 和 动 力荷 载 。在 能 实 际 工 程 中各 杆 件 主要 承受 轴 力 ， 能够 充 分 发 挥 材 料 的性 能 。 网架 结 构 一 般 为 多 次 超 静 定 结 构 ， 若 发 生 局 部 失 效 ， 是 倘 只
１作 为 一 种 空 间 杆 系 结 构 ， 架 结 构 具 有 良好 的 受 力 ） 网 性 能 ． 承 受 各 方 向 的 外 力 作 用 。 各 杆 件 在 空 间 交 汇 ， 是 能 既
受 力 杆 件 ， 是 支 撑 杆 件 ， 此 网架 结 构 有 较 好 的 整 体 稳 定 又 因
减少 了超静定次数 ， 内力 可 重 新 调 整 ， 个 结 构 一 般 并 不 失 整
效 。 有较高的安全储备 。 具
内力 ， 目标 变 量 为 结 构 的 总 体 积 。计 算 过 程 中结 构 单 元 如 图 １ 图 ２所 示 。经 过 优 化 计 算， 终 结 果 为 截 面 面 积 采 用 １５ 、 最 ４． ６
ｎｌ ｚ ｎｌ
．
２作 为一种杆 件组 合结 构 ， ） 网架 结 构 具 有 良好 的 变 形
性 能 。网架 结 构 通 常 由双 向或 三 向平 面桁 架 组 成 ， 可 由杆 也
考 虑 到 施 Ｔ 因 素 ． 为 １０ｍｍ ， 料 的 性 能 发 挥 最 好 ． 取 ５ ２ 材
件 所 围成 的 四 角倒 锥 体 所 组 成 。连 接 形 式 灵 活 ， 够 很 好 的 能 满 足 结 构 的 变 形 要 求 ， 首 都 体 育 馆 、 际俱 乐 部 网球 馆 以 如 国 及 上 海 体 育 馆 等 建 筑 的屋 盖 结构 都 采 用 了 网 架 结 构 。 ３ 作 为 一 种 科 技 含 量 很 高 的结 构 形 式 ， 架 结 构 具 有 ） 网 良好 的 应 用 前 景 。 网架 结 构 施 工 安 装 简 便 ， 力 途 径 清 楚 ， 传 杆 件 和 节 点 便 于 定 型 化 、 品 化 ， 以在 工 厂 中 批 量 生 产 ， 商 可 现 场 组 装 ． 利 于 提 高 资 源 利 用 率 ， 筑 造 型轻 巧 美 观 、 有 建 大 方 时 尚 ， 面布 置 灵 活 多 样 ， 利 于 吊顶 、 装 管 道 和 设 备 ， 平 有 安

ωL 1
≤ω1
≤ωU1
( 12 )
因此 ,不但要对结构进行静力分析 ,还要进行模态分析
并判断其一阶固有频率是否满足式 ( 12) 。利用 ANSYS经过
44次迭代 ,得到较理想的结果 。优化过程如表 4所示 。
(下转第 150页 )
四川建筑 第 29 卷 3 期 200 9. 0 6
147
·工 程 结 构 ·
【关键词 】 结构优化 ; 桁架系统 ; 动力优化
【中图分类号 】 TU311. 41 【文献标识码 】 B
在钢结构工程中 ,钢材的用量是非常巨大的 ,这其中不 免会存在材料安全储备太高 ,过于浪费的情况 。如何在保证 结构安全的情况下 ,减少钢材用量 ,降低成本 ,这正是本文研 究的意义所在 。结构优化设计是在满足各种规范或某些特 定要求的条件下 ,使结构的某种指标 (如重量 、造价 、刚度或 频率等 )达到最佳的设计方法 。该方法最早应用在航空工程 中 ,随着计算机的快速发展 ,很快推广到机械 、土木 、水利等 工程领域 。它的出现使设计者从被动的分析 、校核进入主动 的设计 ,这是结构设计上的一次飞跃 [1 ] 。ANSYS作为大型 工程计算软件 ,其模拟分析功能非常强大 ,掌握并使用 AN2 SYS对结构进行模拟 、计算 、优化 ,对提高材料利用率 、减少 成本 ,是很有效的 。
265
341
466
306
59. 2 41. 9 26. 1 0. 01 0. 20 0. 29 0. 17 31. 6 262
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59. 2 41. 9 26. 1 0. 01 0. 08 0. 28 0. 17 31. 6 262
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基于ANSYS的机械结构强度计算及优化设计随着科技的不断发展，机械结构在各行各业中扮演着至关重要的角色。

为确保机械结构的安全性和可靠性，强度计算和优化设计成为了不可忽视的环节。

本文将介绍如何利用ANSYS软件进行机械结构的强度计算及优化设计，旨在提升产品的质量和性能。

1. 强度计算的基本原理强度计算是指通过数学方法和有限元分析等技术手段，预测机械结构在特定工况下的受力状态和应力分布，以评估其承载能力和强度情况。

ANSYS作为一款强大的有限元分析软件，提供了丰富的分析工具和模拟功能，可以高效准确地进行机械结构的强度计算。

2. 剖析ANSYS软件的应用ANSYS软件支持用户对机械结构模型进行网格划分、材料属性定义、加载条件设置等操作，并可以对结构进行静力、动力、热力学等方面的强度计算。

在进行强度计算之前，用户需要先建立准确的模型，并进行网格划分。

通过选择各个部件的材料属性和相应的加载条件，可以模拟出真实工况下机械结构的受力状态。

3. 强度计算结果的分析在进行强度计算后，ANSYS能够生成大量的数据和图形，如应力云图、位移变形图、应力分布图等。

通过这些图形和数据，用户可以直观地了解机械结构的受力情况，进而分析结构的强度和刚度情况。

根据实际需求，用户可以对强度计算结果进行进一步的优化设计。

4. 优化设计的思路和方法机械结构的优化设计是通过对结构形状、材料和参数等方面的调整，以达到优化目标的一种方法。

在进行优化设计时，考虑到机械结构的复杂性和多变性，我们可以采用基于ANSYS软件的仿真和优化技术。

通过设置设计变量、约束条件和优化目标，可以对机械结构进行参数优化和拓扑优化，从而改善结构的性能。

5. 优化设计案例分析以一个机械零部件的优化设计为例，首先在ANSYS中建立机械结构的有限元模型并进行强度计算。

然后，设定设计变量和约束条件，以降低结构的重量和提高承载能力为优化目标，利用优化算法进行设计迭代。

通过多次迭代计算和评估，最终获得一个满足设计要求的优化结构。

基于ANSYS的机械系统结构优化与仿真机械系统结构的优化与仿真一直是工程领域中的研究热点。

随着ANSYS软件的发展和应用，基于ANSYS的机械系统结构优化与仿真成为了一种常见的工程实践手段。

本文将从基本概念出发，介绍基于ANSYS的机械系统结构优化与仿真的基本原理和方法，并结合实例展示其应用效果。

第一部分：概述机械系统结构优化与仿真是通过对系统结构进行优化设计和仿真分析，从而使系统达到最佳性能。

在传统的设计方法中，往往需要进行大量的试错和试验，费时费力，效果不佳。

而基于ANSYS软件的机械系统结构优化与仿真则能够通过计算机辅助分析和优化设计，提高设计效率和产品质量。

第二部分：基于ANSYS的机械系统优化1. 结构优化方法：基于ANSYS的机械系统结构优化可以采用多种方法，如拓扑优化、形状优化、参数优化等。

其中，拓扑优化是一种常用的方法，通过在初始结构上添加或消除材料，调整结构的拓扑形状，从而达到优化设计的目的。

2. 优化目标和约束：在进行机械系统结构优化时，需要确定优化的目标和约束条件。

常见的优化目标包括最小化结构重量、最大化结构刚度等；约束条件包括应力约束、位移约束等。

通过在ANSYS软件中设定相应的目标函数和约束条件，可以进行自动化的结构优化。

第三部分：基于ANSYS的机械系统仿真1. 仿真模型建立：在进行机械系统仿真时，需要建立准确的仿真模型。

通过使用ANSYS软件提供的建模工具，可以对机械系统进行几何建模和网格划分，生成准确的仿真模型。

2. 材料性能建模：在进行机械系统仿真时，需要准确地对材料的力学性能进行建模。

ANSYS软件提供了多种材料模型，可以根据实际材料的性质选择合适的模型，从而准确地描述材料的力学行为。

3. 边界条件设置：在进行机械系统仿真时，需要设置合适的边界条件。

通过在ANSYS软件中选择合适的加载和约束条件，可以准确地模拟实际工况下的系统行为。

4. 结果分析与优化：在进行机械系统仿真后，可以通过ANSYS软件提供的结果分析工具对仿真结果进行评估和优化。

1优化设计什么是优化设计?优化设计是一种寻觅确信最优设计方案的技术。

所谓“最优设计”，指的是一种方案能够知足所有的设计要求，而且所需的支出（如重量，面积，体积，应力，费用等）最小。

也确实是说，最优设计方案确实是一个最有效率的方案。

设计方案的任何方面都是能够优化的，比如说：尺寸（如厚度），形状（如过渡圆角的大小），支撑位置，制造费用，自然频率，材料特性等。

事实上，所有能够参数化的ANSYS选项都能够作优化设计。

（关于ANSYS参数，请参看ANSYS Modeling and Meshing Guide 第十四章。

）ANSYS程序提供了两种优化的方式，这两种方式能够处置绝大多数的优化问题。

零阶方式是一个很完善的处置方式，能够很有效地处置大多数的工程问题。

一阶方式基于目标函数对设计变量的灵敏程度，因此加倍适合于精准的优化分析。

关于这两种方式，ANSYS程序提供了一系列的分析——评估——修正的循环进程。

确实是关于初始设计进行分析，对分析结果就设计要求进行评估，然后修正设计。

这一循环进程重复进行直到所有的设计要求都知足为止。

除这两种优化方式，ANSYS程序还提供了一系列的优化工具以提高优化进程的效率。

例如，随机优化分析的迭代次数是能够指定的。

随机计算结果的初始值能够作为优化进程的起点数值。

大体概念在介绍优化设计进程之前，咱们先给出一些大体的概念：设计变量，状态变量，目标函数，合理和不合理的设计，分析文件，迭代，循环，设计序列等。

咱们看以下一个典型的优化设计问题：在以下的约束条件下找出如下矩形截面梁的最小重量：总应力不超过max [max]梁的变形不超过max [max]梁的高度h不超过hmax [h hmax]图1-1 梁的优化设计例如设计变量（DVs）为自变量，优化结果的取得确实是通过改变设计变量的数值来实现的。

每一个设计变量都有上下限，它概念了设计变量的转变范围。

在以上的问题里，设计变量很显然为梁的宽度b和高度h。

基于Ansys的框架结构优化设计摘要：在实际工程问题中，经常遇到各种框架结构的优化问题，大多基于Ansys分析软件求解已知载荷、稳定条件下的框架结果最小体积，即最小质量以减少施工材料控制最优成本。

本文通过对一常见的矩形截面的四边框架结构进行优化设计分析，提高了对Ansys分析软件的运用能力，加深了对起运行机制的认识，为以后熟练地运用该软件打下基础。

关键词：框架结构矩形截面优化设计Ansys软件1.工程背景框架结构由于具有自重轻、造价较低和施工简单等诸多优点，在包括大型工业厂房在内的工程领域得到了广泛的应用[1].随着对设计质量要求的不断提高，人们一直在探索如何在保证框架结构安全的前提下，减少材料用量，降低成本，以满足经济性的要求。

框架结构的优化设计思想从MICHELL[2]框架理论的出现至今已有近百年历史，BENDSOE等[3]提出的多工况拓扑优化方法标志着对优化设训一研究进入了新的阶段。

国内学者也在该领域进行了大量的研究，如隋允康等对框架结构离散变量的优化问题进行了研究，通过函数变换找到了满应力的映射解，并结合框架拓扑优化特点提出了ICM(独立、连续、映射)方法[4]。

随着计算机技术的发展，人们开始利用ANSYS等软件对工程结构进行有限元分桁和优化设计。

APDL是ANSYS参数化设计语言，它是一种通过参数化变量方式建立分桁模型的脚本语言[5-6], ANSYS提供了两种优化方法即零阶方法和一阶方法。

除此之外，用户还可以利用自己开发的优化算法替代ANSYS本身的优化方法进行优化设计。

本文利用APDL优化设计模块编制用户程序，对一个实际框架进行了结构优化。

结果表明运用ANSYS进行框架结构优化设训一可以有效提高设计质量，具有广泛的运用前景。

2.框架结构模型假设在工程应用中，实际的析架结构形式和各杆件之间的联结以及所用的材料是多种多样的，实际受力情况复杂，要对它们进行精确的分析是困难的。

但根据对析架的实际工作情况和对析架进行结构实验的结果表明，由于大多数的常用析架是由比较细长的杆件所组成，而且承受的荷载大多数都是通过其他杆件传到节点上，这就使得析架节点的刚性对杆件内力的影响可以大大的减小，接近于铰的作用，结构中所有的杆件在荷载作用下，主要承受轴向力，而弯矩和剪力很小，可以忽略不计。

西安嘉业航空科技有限公司
工程仿真结算方案： ANSYS Workbench 培训
张胜伦
博士
西安交通大学
西安嘉业航空科技有限公司
结构线性静力分析
西安嘉业航空科技有限公司
线性静力学分析的基本假设 连续 结构材料 均匀 各向同性 线性 非线性 静态 动态
对于纤维结构材料、粒子强化材料等各向异性非均匀材料 要特别注意、特别处理。 1、材料的变形范围在弹性范围，且材料的变形量较小， 方便建立静力学方程； 2、对于塑性变形或大变形，必须考虑材料非线性和几 何非线性。
西安嘉业航空科技有限公司 作业6 问题描述：如右图模型（螺旋桨），其 材料为聚乙烯，模型如图所示方向的 1000rad/s的角加速度惯性载荷；模型内圈 用圆柱面约束且轴向为0，径向和周向为 free；螺旋桨面施加压力载荷0.5MPa。 要求：运用适当的网格划分方法，网格 大小均匀一致不得少于60万个节点（或者 运用膨胀层网格划分方法）；求解结果显 示模型的整体变形和等效应力。 截图：材料添加，网格划分效果，结果 的整体变形、等效应力以及径向变形和应 力的网格显示图、矢量线时图、等值线图。 共8张截图。
4、弹性假设： 应力—应变存在一一对应关系； 应力不超过屈服应力点； 载荷卸载后结构可恢复到原来的状态，不产生残余 应力和参与应变。 5、小变形假设： 在载荷作用下的变形，远小于其自身的几何尺寸； 结构变形的挠度远小于结构的截面尺寸。
西安嘉业航空科技有限公司
6、缓慢加载过程： 载荷的施加和卸载过程足够慢； 不引起结构的动响应； 满足内外力平衡方程。
西安嘉业航空科技有限公司 作业5 问题描述：如右图模型（支撑座-4-切 向），其材料为铜合金，模型受如图所示 方向的314rad/s的角加速度惯性载荷；模 型内圈用圆柱面约束且轴向为0，径向和周 向为free；模型外圈施加径向轴承载荷 1000N。 要求：运用适当的网格划分方法，网格 大小均匀一致在筋板厚度方向至少划分11 个节点（或者运用refineing网格划分方 法）；求解结果显示模型的整体变形和等 效应力。 截图：材料添加，网格划分效果，结果 的整体变形、等效应力以及径向变形和应 力的网格显示图、矢量线时图、等值线图。 共8张截图。来自西安嘉业航空科技有限公司

结构优化设计
有限元分析
有限元分析是一种有效的结构优 化方法。通过ANSYS等有限元分 析软件，可以对四连杆门座起重 机的整体结构和局部构件进行应 力分布、变形、固有频率等性能 指标的分析和优化。通过调整材 料属性、结构形状和连接方式等 参数，可以找到最优的设计方案
3
结构优化设计
动力学分析
动力学分析可以揭示四连杆门座 起重机在运动过程中的动态特性 和稳定性。通过ANSYS的动力学 分析功能，可以模拟起重机的起 升、旋转和稳定等动作，对其动 态性能进行评估和优化。例如， 通过调整四连杆机构的刚度和质 量分布，可以降低运动过程中的 振动和惯性力
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结构优化设计
结构设计
结构设计是四连杆门座起重机的 核心部分。在保证起重机性能的 前提下，应尽量简化结构，降低 制造难度和成本。例如，可以优 化四连杆机构的形状和尺寸，减 小运动过程中的摩擦和惯性力， 提高运动精度和稳定性。同时， 对于起升机构和稳定机构，也需 要根据实际需求进行相应的优化 设计
3
4 因此，对其进行优化设计，提高其性能 和可靠性具有重要意义
PART 2
四连杆门座起重 机结构概述
2
四连杆门座起重机结构概述
四连杆门座起重机主要 由底座、四连杆机构、 旋转机构、起升机构和 稳定机构组成
其中，四连杆机构是起 重机的核心部分，它由 四个杆件组成，通过铰 链连接，实现起重机的 起升和稳定
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感谢倾听
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基于ansys四连杆门座 起重机结构优化设计
日期：X月X日
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PART 1
引言
1
引言
1 四连杆门座起重机是一种广泛应用于港 口、码头和工地的起重设备

ANSYS 优化设计1.认识ANSYS优化模块1.1 什么时候我需要它的帮忙？什么是ANSYS优化？我想说明一个例子要比我在这里对你絮叨半天容易理解的多。

注意过普通的水杯吗?底面圆圆的，上面加盖的哪一种.仔细观察一下，你会发现比较老式的此类水杯有一个共同特点：底面直径＝水杯高度。

图1 水杯的简化模型为什么是这样呢?因为只有满足这个条件，才能在原料耗费最少的情况下使杯子的容积最大。

在材料一定的情况下，如果水杯的底面积大，其高度必然就要小；如果高度变大了,底面积又大不了，如何调和这两者之间的矛盾？其实这恰恰就反应了一个完整的优化过程。

在这里，一个水杯的材料是一定的，所要优化的变量就是杯子底面的半径r和杯子的高度h,在ANSYS的优化模块里面把这些需要优化的变量叫做设计变量（DV）;优化的目标是要使整个水杯的容积最大，这个目标在ANSYS的优化过程里叫目标函数（OBJ);再者，对设计变量的优化有一定的限制条件，比如说整个杯子的材料不变,这些限制条件在ANSYS的优化模块中用状态变量（SV）来控制。

下面我们就来看看ANSYS中怎么通过设定DV、SV、OBJ，利用优化模块求解以上问题。

首先参数化的建立一个分析文件(假设叫volu.inp），水杯初始半径为R＝1,高度为H＝1（DV),由于水杯材料直接喝水杯的表面积有关系，这里假设水杯表面积不能大于100,这样就有S＝2πRH＋2πR2〈100（SV)，水杯的容积为V＝πR2H(OBJ)。

File:volu。

inp （用参数直接定义也可或者在命令栏内直接写)R=1H=1S=2＊3.14＊R*H+2*3。

14＊R*RV=10000/（3.14＊R*R*H）然后再建一个优化分析文件（假设叫optvolu。

inp）,设定优化变量，并求解。

/clear,nostart/input，volu，inp/optopanl,volu，inpopvar,R，dv，1，10，1e-2opvar,H,dv，1,10，1e-2opvar,S，sv,，100,1e—2opvar,V，obj,，,1e—2opkeep,onoptype，subpopsave，optvolu，opt0opexec最后，打开Ansys6.1，在命令输入框中键入“/input,optvolu，inp”，整个优化过程就开始了.图2 ANSYS优化过程图几秒钟的优化过程结束后，让我们来看一下优化的结果：/optoptlist,all图3 优化结果1上图中左右带*的SET 22是最优解，由此可以看出,要想在表面积一定的情况下使水杯容积最大，的确有这样一个规律 H=D=2＊R.有兴趣的同志可以用求极值的方法演算一下,一定会得到相同的答案。

ANSYS优化设计ANSYS是一款广泛应用于工程设计和分析领域的计算机辅助工程分析软件。

其中的优化设计功能可以帮助工程师在设计过程中通过数值方法优化设计方案，以求得更优的设计结果。

本文将从优化设计的基本原理和流程、常用的优化设计方法以及ANSYS优化设计功能的使用方法等方面进行讨论。

优化设计的基本原理和流程优化设计的基本原理是通过对设计变量进行调整，使一些指标函数达到最优值，以达到满足设计要求的目标。

在优化设计流程中，首先需要明确设计目标和约束条件，例如最小化结构重量、最大化热交换效率等。

然后选择适当的优化方法并建立数学模型，通过计算求解得到最优设计方案。

常用的优化设计方法1.数学规划方法：包括线性规划、非线性规划等。

线性规划适用于目标函数和约束条件为线性关系的情况，非线性规划适用于目标函数和约束条件中包含非线性关系的情况。

2.遗传算法：模拟生物进化过程，通过基因组合、交叉和变异等操作，通过适应度评估得到最优解。

3.粒子群算法：模拟鸟群觅食行为，通过个体之间的位置和速度变化来逐步逼近最优解。

4.有限元法优化：通过建立有限元模型，通过改变设计变量来优化结构。

1. OptiStruct：OptiStruct是一种拥有高性能求解器的结构优化软件，能够处理多种优化问题。

在使用OptiStruct进行优化设计时，首先需要建立结构有限元模型，并设置设计变量、目标函数和约束条件。

然后通过OptiStruct的求解器求解得到最优设计方案。

2. DesignXplorer：DesignXplorer是ANSYS的参数化设计和优化软件，能够实现参数化建模、敏感性分析、Design of Experiments（DOE）等功能。

在使用DesignXplorer进行优化设计时，可以使用该软件提供的多种参数化建模工具进行建模，并通过设定设计变量的范围和目标函数来进行优化计算。

3. Workbench Optimization：Workbench Optimization是ANSYS Workbench的一个模块，可以对ANSYS Workbench中的各种分析模块进行全局优化。

2、流体分析：利用ANSYS进行流体动力学分析，模拟住宅钢结构中的空气流 动、水力流动等，以预测和优化结构的流体性能。例如，对住宅钢结构进行通风 设计和防水设计。
二、基于ANSYS的住宅钢结构优 化设计方法
基于ANSYS的住宅钢结构优化设计主要采用以下方法：
1、数学建模：首先建立数学模型，将住宅钢结构的设计问题转化为数学问 题。利用ANSYS的APDL（ANSYS Parametric Design Language）语言，可以方 便地建立数学模型并进行计算。
2、几何建模与模型修复：
AutoCAD具有强大的几何建模功能，可以用于创建复杂的三维几何模型。这 些模型可以直接导入到ANSYS中进行进一步的分析。此外，AutoCAD还可以用于进 行模型的预处理和修复，例如修复几何模型中的漏洞、删除不必要的特征等，从 而确保模型在导入到ANSYS后进行分析的准确性和可靠性。
背景
钢结构网络优化设计是指在满足一定约束条件下，对钢结构构件的尺寸、形 状和布局进行优化，以达到降低成本、提高结构性能的目的。随着全球经济的不 断发展，建筑业市场竞争日益激烈，优化设计已成为提高竞争力的重要手段之一。 AutoCAD和ANSYS是两种在钢结构网络优化设计中常用的软件。AutoCAD主要用于 绘图和二维建模，而ANSYS则用于进行有限元分析和优化设计。
然而，目前该领域仍存在许多不足之处，例如如何进一步提高优化效率、如 何考虑施工因素的影响等问题，需要未来进行更深入的研究和探讨。
参考内容
随着科技的不断发展，计算机辅助工程（CAE）在建筑领域的应用越来越广 泛。其中，ANSYS作为一种强大的工程仿真软件，在住宅钢结构设计中起到了重 要的作用。通过ANSYS进行优化设计，能够提高结构的稳定性、安全性和经济性， 从而实现住宅钢结构设计的最优化。

1文件存储（1）仿真模块与优化模块文件夹如下图所示：（2）仿真流程Workbench界面流程节点，对应后台文件如下图所示。

1.材料文件；2.几何文件；3.设置及网格、结果文件2优化参数设置左侧为输入输出参数界面，右侧为工况列表。

目标：提取结果最小值3ANSYS WORKBENCH优化设计3.1目标驱动优化(Driven optimization)和多学科项目类似。

算例：Direct_optimization.wbpj3.1.1确定输入输出参数输入输出参数如下图所示：3.1.2设置优化目标设置一个或者多个优化目标，如将质量最小化作为目标，并设置质量范围，如下图所示。

3.1.3输入参数范围设置两个输入参数范围如下图所示：3.1.4优化方法（1）是否保留工况点求解数据（2）目标驱动的优化方法•Screening•MOGA•NLPQL•MISQP•Adaptive Single-Objective•Adaptive Multiple-Objective（3）设置工况数量，最小6个（4）设置残差结果残差设置：1e-6（5）设置候选工况数残差达不到要求，增加候选节点继续优化计算。

3.1.5求解开始求解显示当前求解工况仿真各个节点状态显示计算候选工况3.1.6优化完毕3.1.6.1 输入参数变化曲线显示两个输入参数变化曲线3.1.6.2 工况数据列表3.1.6.3收敛判断描述优化目标，优化算法，是否收敛，最优工况等，类似于设置总结3.1.6.4 结果设置参考点，计算工况残差，优化目标结果满足1e-6标准，即可认为收敛。

工况DP7为参考点，DP11残差为0，则最优点为DP7。

工况结果分布散点图3.1.6.5 输入输出分布算例：parameter_correlation.wbpj3.2.1参数设置（1）是否保留工况点数据DX计算完成后是否保留相关数据（2）失败工况管理(failed design points management)尝试计算次数（Number of retries）：失败后重新尝试计算的次数计算延迟时间（Retry delay）：两次重新计算之间要经过多少时间。