基于Ansys Workbench的货架立柱截面优化设计

1、山东大学学士学位论文毕 业 论 文（设 计）论文（设计）题目：基于ansys workbench的货架立柱截面优化分析姓 名 学 号 学 院 专 业 工程力学 年 级 指导教师 2013 年 5 月 21 日1目录摘要1abstract2第1章 绪论31.1选题背景及意义31.2 货架简介31.2.1 货架的一般技术要求51.3 货架立柱的研究现状51.4 本文研究的内容7第2章 货架立柱理论分析82.1 压杆稳定理论82.2 货架立柱的数学模型9第3章 货架立柱的优化113.1货架立柱模型的建立和网格划分113.2 施加载荷和约束113.3 静力分析和屈曲分析123.4 多目标优化分析14第

2、4章 槽型截面的立柱静力和屈曲分析184.1 槽型截面的立柱前处理和网格划分184.2 货架的静力分析和屈曲分析184.3分析对比19第5章 结论20致谢21参考文献22附录23摘要随着现代工业的迅猛发展，物流量的大幅度增加，物流业迅速发展起来，同时也带动了货架行业的发展。冷弯薄壁型钢组装式货架结构是现代物流流程中应用最广泛的基础设施之一， 货架立柱是货架钢结构的主要支撑零件。其由薄钢板冷弯而成，因此，钢板材质与截面形状直接影响货架立柱的承载性能。生产中一般选用高强度钢材，为在减小钢板厚度的同时增强货架立柱的稳定性，增加钢板的弯折数量。货架立柱截面由最初的槽型逐渐发展为复合唇形。立柱的设计、生

3、产制造及安装等将直接关系到货架钢结构的技术经济性、安全性和使用的便捷性。本文应用ansys workbench建立货架立柱的模型，结合钢结构轴心受压的稳定理论，对薄壁截面进行静力结构分析、稳定性分析，然后应用多目标优化方法来获得立柱截面的最佳形状。并且建立一个槽型立柱，通过对比槽型立柱和原立柱的最大应力和临界压力，结合惯性矩和横截面面积，来证明优化的程度。关键字：货架立柱，ansys workbench，静力分析，稳定性分析，多目标优化abstractwith the rapid development of modern industry, substantial increase of l

4、ogisticsquantity, the logistics industry developed rapidly, and also led to the development of shelf industry.the cold bending thin-wall steel packaged shelf structure is the most widely infrastructure used in modern logistics process.shelves pillar is the main support parts of the steel structure a

5、nd is made from a thin steel plate cold bending.so,the steel plate material and cross section shape directly affect the shelves pillar bearing performance.in the production of high strength steel is generally selected, in order to reduce the thickness of steel plate to improve the stability of the s

6、helves pillar at the same time, increasing the number of bent steel plate.shelves pillar section develops gradually from the initial groove type for composite lip the design、manufacture and installation of the shelves pillar will be directly related to the shelves of steel structure technology econo

7、my security and ease of use。in the article,the model of shelves pillar was built by using ansys workbench. combining with the steel structure of the axial compression stability theory, the static structure analysis was carried out on the thin wall section stability analysis, and then using multi-obj

8、ective optimization method to get the best column cross section shape.and create a groove type column, by comparing the maximum stress and the critical pressure of the groove pillar and the original column, combining with the cross sectional area and moment of inertia, to prove that the optimal leve

9、l.key words: shelves column, ansys workbench, static analysis, stability analysis, multi-objective optimization第1章 绪论1.1选题背景及意义货架，泛指存放货物的架子，在仓储设备中指专门用于存放成件物品的保管设备。为了适应现代化工业高度自动化生产的需要，提高仓储密度和转运效率，加快货物和资金的周转速度，改善操作条件，提高经济效益，高度自动化的立体仓库应运而生。传统的货架基本采用型钢(槽钢、角钢和钢管等)焊接或螺栓连接而成，现在的货架其基本型材均采用薄壁钢板轧制冲压而成，具有质量轻和可

10、以互相组装的特点。国内货架的生产和应用缺乏必要的实验与理论研究，加之大部分货架只注重生产、注重效率，投入的科研经费严重不足，在货架设计、选型、生产等一系列问题上主要依靠经验，在对货架的使用性能没有足够的把握时，往往通过设置加强区来提高货架的整体稳定性，这种盲目性导致了货架材料的浪费、成本的增加以及市场响应能力的降低。在货架设计中立柱是主要的设计构件，货架的承载力主要是由立柱的承载能力决定。在货架构件连接方式相同的情况下，货物的承载力与立柱的截面特性相关。本文应用ansys workbench建立货架立柱的模型，结合钢结构轴心受压的稳定理论，对薄壁截面进行静力结构分析、稳定性分析，然后应用多目标

11、优化方法来获得立柱截面的最佳形状。1.2 货架简介重型横梁式货架立柱、横梁、横撑、斜撑以及自锁螺栓组装而成，可以有效防止螺栓松动后引发货架失稳；横梁采用特制的冷轧p型闭口梁；该结构具有简单、可靠、重量轻、承载力强、造价低的特点；柱卡与立柱连接时配有特殊设计安全销，可以确保横梁在外力撞击下不会脱落；层板采用国际上做的条状层板，具有承载力强、耐磨损、更换简单、维修成本低廉的特点。重型横梁式货架成本低、安全可靠、组装、拆卸简单方便的特点；适用于人工存取，每层标准有效承载800kg以上.适合于人工存取箱式货物，或者与零件盒、周转箱配套装载零散重型货物。货架如图1-1所示，其立柱与横梁的连接形式如图1-

12、2所示。图 1-1货架图 1-2立柱与横梁的连接形式1.2.1 货架的一般技术要求1、重型横梁式货架是常用的一种货架形式，采用方便的单元化托盘存取方式，有效配合叉车装卸，存取货物方便快捷，有100%的拣选能力，是先进先出的最经济之选。但仓库空间的使用率不高。广泛应用于各行各业，是最通用的货架类型。2、重型横梁式货架的柱片由立柱、横撑、斜撑以螺栓连接而成;柱片与p型闭口梁插接组成货架框架，采用安全销固定，结构简单可靠;钢层板置于横梁之上形成货架整体。每层可以75mm步距上下自由调整。3、重型横梁式货架可随着得横梁的大小、层板的厚度，加强筋的数量决定层载要求，在相对长度及选材要求符合的情况下，最大

13、层载可达2500kg/层。4、重型横梁式货架一般情况下，立柱高度不超过18米，并可在货架基础上搭建平台货架。1.3 货架立柱的研究现状图1-3几种常用的立柱截面形状图表 2几种常用的立柱截面形式货架立柱是货架钢结构的主要承重构件，由于货架结构体系设计与装配上的要求，往往会在特定冷弯型钢的立面和侧面冲出一系列的具有一定分布规律和精度要求的孔或不规则的连续孔洞，从而形成了冷弯薄壁多孔型钢立柱构成的货架钢结构体系的特征，图1-3 为几种常用的货架立柱截面形式。由于立柱截面开孔大小及形状的复杂性与多样性，以及梁柱节点连接、支撑与柱连接和柱底板连接的特殊性，关于带孔立柱性能的具体理论分析非常困难，因此采

14、用通用程序来计算这类截面的承载力是不可行的。我国规范及其他一些国家的货架规范均建议采用试验的方法来确定货架结构构件及整体的性能。鉴于试验方法既费时费力又不经济，如果可行，其他简化设计方法将被优先采用。实际上，数值分析方法如有限元法，已经成功地用于预测开孔截面的受力性能。很多国内外学者对开孔立柱进行了数值分析，他们通过ansys等有限元分析软件建模对立柱进行有限元分析，考察短柱和长柱在轴压及偏压作用下的承载力与破坏模态，分析偏心位置对立柱承载力的影响，考虑初始缺陷的影响以及几何非线性和材料非线性，同时也对立柱边界的约束条件进行模拟，分析孔洞大小及位置对立柱的影响，得出了很多与试验相吻合的结论，并

15、为理论研究提供了一定的参考。除在试验研究和数值分析方面的进展外，还有一些学者尝试从理论上对开孔立柱进行研究分析。开孔的存在必然影响到立柱的受力性能，立柱截面上的孔洞大小和种类繁多，其中有很多孔的形状并不规则，这不管是对于有限元建模、数值分析还是理论研究，都带来了很多不便，因此，往往需要对它们进行简化处理，目前简化处理的方法大体可分为两种:一是通过外包矩形或外接圆的方法将不规则的孔洞简化为较规则的矩形孔或圆形孔进行处理;一是等效厚度方法，即采用最小面积不变的方式，将有孔构件截面转化为无孔构件截面进行处理。前者往往用于有限元建模分析计算中，而后者则多用于理论计算之中。在国内，很多高校与企业合作开展

16、了大量立柱短柱试验等货架基础研究工作。例如：南京理工大学范进教授团队在无孔冷弯薄壁构件的理论研究基础上。对有孔柱与无孔柱在对比试验的基础上，根据试验中短柱的腹板和翼缘发生的局部屈曲变形现象，分析短柱加工后残余应力、初始 几何缺陷、开孔柱与无孔柱在承载力、加工误差、试验荷载变化等因素，分析短柱的力一位移变化和翼缘腹板歪曲变形，货架立柱的弯扭屈曲强度的测定与分析等方面的研究工作；同济大学韩书银、万德安运用有限元软件mscpatran2001对某大型高层自动化仓库货架系统按常规工况和地震工况进行了有限元分析，对货架的刚度和强度进行了评价。同时，国内同行企业就自身的产品和设计规划体系也开展了大量的足尺

17、工况模型试验和验证工作，对我国货架规范及其设计理论的发展起到了很好的推动作用，其中，货架立柱是各项研究基础中的关键。轴压多孔冷弯薄壁c型钢柱的弯扭屈曲中针对多孔冷弯薄壁c型钢立柱在轴心受压荷载作用下的弯扭屈曲，考虑弹性及非弹性状态，根据平衡法建立微分方程并采用差分法求解，提出了一种在柱中考虑孔影响的简化方法体积等效方法。在对冷弯薄壁卷边槽钢局部屈曲相关作用和畸变屈曲的分析时，卷边槽钢的局部屈曲和畸变屈曲中的分析为立柱选取适当的截面形式以避免畸变屈曲提供了可能性。1.4 本文研究的内容货架立柱是由薄钢板冷弯而成，其截面形状是影响承载能力最关键的因素之一基于ansys workbench软件的优化

18、设计功能，在有限元分析的基础上对货架立柱截面进行优化设计通过计算相关参数的敏感性以及输入参数的响应来确定优化方案，进而设定优化目标来计算出优化结果第2章 货架立柱理论分析2.1 压杆稳定理论设压力与杆件轴线重合，当压力逐渐增加，但小于某一极限值时，杆件一直保持直线形状的平衡，即使用微小的侧向干扰力使其暂时发生轻微弯曲(图四a)，干扰力解除后，它仍将恢复直线形状。这表明压杆直线形状的平衡是稳定的。当压力逐渐增加到某一极限值时，压杆的直线平衡变为不稳定，将转变为曲线形状的平衡。这时如再用微小的侧向干扰力使其发生轻微弯曲，干扰力解除后，它将保持曲线形状的平衡，不能恢复原有的直线形状。上述压力的极限值

19、称为临界压力或临界力，记为fcr。压杆丧失其直线形状的平衡而过渡为曲线平衡，称为丧失稳定，简称失稳，也称为屈曲。但细长压杆失稳时，应力并不一定很高，有时甚至低于比例极限。可见这种形式的失效，并非强度不足，而是稳定性不够。对于一端固定、另一端自由且长为l的压杆，其临界压力等于两端铰支、长为2l的压杆的临界压力，即。用压杆的横截面面积a除以fcr，得到与临界压力对应的应力为，称为临界应力。把横截面的惯性距i写成i=i2a，式中i为横截面的惯性半径，这样, (a)式可以写成，引用记号。是一个量纲为一的量，称为柔度或长细比。它集中地反应了压杆的长度、约束条件、横截面尺寸和形状等因素对临界应力的影响。由

20、于引用了柔度，计算临界应力的式b可以写成。提高压杆稳定性的措施有：1. 选择合理的截面形状2. 改变压杆的约束条件3. 选择合理的材料根据实际情况，本文研究的压杆选用q235结构钢，约束条件为下端固定，上端自由。因此通过改变截面的尺寸，来提高立柱的稳定性。并通过对比不同形状的截面，来突出显示合理的截面形状，可以极大的提高立柱的稳定性。2.2 货架立柱的数学模型图 1-1立柱横截面形状设计变量可为表示节点坐标的8个相互独立的参数(厚度为常量)本文对设计变量的尺寸约束做出如下规定： 目标函数是选择“最优设计”的标准，故应代表设计中某个最重要的特征，大多数结构设计将结构最经济定为目标。在本文中，钢材

21、的密度为定值，本文优化设计的目标函数是稳定系数最大。由于本文涉及到的优化函数要求目标函数最小化，因此，应将等面积下的稳定系数的目标函数倒数化。立柱横截面形状如图2所示。(1). 立柱的长细比其中：l0为构件的计算长度，i为构件截面的惯性半径(2). 立柱的稳定计算 其中： 为钢材的屈服强度， 为构件的稳定系数， 为构件的截面面积，n为构件所承受的外在荷载。(3). 目标函数 其中： 上式中表示弯扭屈曲的长细比，代表毛截面的扇性惯性矩，表示毛截面抗扭惯性矩，表示毛截面的弯心在对称轴上的坐标，代表扭转屈曲的计算长度， ， 为约束系数。第3章 货架立柱的优化3.1货架立柱模型的建立和网格划分货架立柱

22、使用q235结构钢，具体参数是：立柱长度l=1m，密度，弹性模量（杨氏模量）e=200gpa，泊松比，抗压强度250mpa，屈服强度。图3-2划分网格后的模型图 3-1货架立柱的有限元模型图表 3货架立柱的有限元模型本文分析货架立柱在轴心受压情况下的应力和屈服状态，由于货架立柱的孔是不规则的水滴状的，为了易于分析，简化为直径10mm的圆孔，如图3-1所示。在1m长的立柱上，每隔100mm建立两个孔，以模拟实际情况。划分网格选用六面体单元，单元长度为10mm，如图3-2所示。3.2 施加载荷和约束立柱下端固定，上端自由。将货架分为三层，在孔处施加7500n的力，如图3-3所示。图 3-3货架立柱

23、受载和约束3.3 静力分析和屈曲分析静力分析后的应力云图和变形云图，如图3-4、3-5、3-6所示。可知其最大应力出现在最下面的一组孔处，符合实际情况，且最大应力为181.76mpa，非常接近其抗压强度250mpa。其最大变形量只有2.27mm，对结构的影响很小，因此本文不对变形做分析。图3-4静力分析后的应力云图图 3-5局部变形云图图3-6静力分析后的变形云图屈曲分析求得其载荷系数，则其临界压力为 在此载荷情况下，立柱静力分析下最大应力虽然接近其抗压强度。由于加载考虑的极限情况，其在实际中很少会超出其抗压强度。立柱是长细杆，实际中主要是由于失稳造成的，因此主要是通过提高其临界压力来优化立柱

24、，同时适当的降低立柱静力分析下的最大压力3.4 多目标优化分析选取四个尺寸作为变量，进行优化。得到25组数据，计算后得出的结果，如表格1-1所示。表格3-1样本数据名称h10l2v7v8静力分析最大应力 (mpa)载荷系数1104746.534197.6929.932254746.534231.0128.9973154746.534183.2831.0244103746.534185.42335105746.534196.6926.5446104736.534174.9529.3657104756.534214.4329.6088104746.524231.0829.4429104746.54

25、4188.5931.312106.47939.95839.45826.958198.0631.4291113.52139.95839.45826.958155.5732.897126.47954.04239.45826.958181.4826.8221313.52154.04239.45826.958172.9927.866146.47939.95853.54226.958251.0830.8281513.52139.95853.54226.958163.9632.02166.47954.04253.54226.958257.626.4411713.52154.04253.54226.9582

26、01.3227.634186.47939.95839.45841.042180.3832.1451913.52139.95839.45841.042158.4333.902206.47954.04239.45841.042193.4528.1492113.52154.04239.45841.042169.4429.148226.47939.95853.54241.042191.7132.0482313.52139.95853.54241.042154.433.574246.47954.04253.54241.042204.7927.6712513.52154.04253.54241.04217

27、1.9928.765设定优化目标，静力分析最大应力小于等于160mpa，屈曲分析载荷系数最大值更大。优化结果如表格3所示表格 3-2优化结果h10(mm)l2(mm)v7(mm)v8(mm)静力分析最大应力(mpa)屈曲分析载荷系数11.4537.25644.50142.02157.0334.34114.6537.56941.86731.78138.9434.1513.4540.38138.90541.38156.7133.781然后分析其敏感度图图 3-7敏感度敏感度为正值，表明输入参数增大使得输出参数增大，若为负值，则使其减小。由其敏感度图，可以看出，对其屈曲分析下的最大应力，尺寸h10、

28、v7、v8对载荷系数影响为正，l2对其影响为负，对于其静力分析下的值，可以看出h10、v8对其应力值影响为负，l2、v7对其影响为正。接下来结合其尺寸对应力的响应图，亦可以看出其影响趋势。h10尺寸 h10对应屈曲下的应力响应图h10对应静力下的应力响应图l2尺寸l2对应屈曲下的应力响应图l2对应静力下的应力响应图v7尺寸v7对应屈曲下的应力响应图v7对应静力下的应力响应图v8尺寸v8对应屈曲下的应力响应图v8对应静力下的应力响应图从优化结果中，选取第二组作为优化结果。其静力分析最大应力为138.94mpa，屈曲分析临界压力为表格 33对比优化结果优化前优化后前后差值静力分析最大应力（mpa）

29、181.76138.9423.55%屈曲分析临界压力（n）21978025612516.54%由表,3-3可知，优化后的立柱，有了承载能力和稳定性都有了明显的提高表格 3-4对比面积惯性矩立柱优化前立柱优化后提高比例横截面面积（mm2）567.48608.917.30%惯性矩ix（mm4）338131.92363343.867.46%惯性矩iy（mm4）636770.82621849.26-2.34%由表格3-4可知，其横截面面积和惯性矩ix增大，而惯性矩iy降低了一些。整体稳定性还是有很大提高。第4章 槽型截面的立柱静力和屈曲分析4.1 槽型截面的立柱前处理和网格划分槽型截面的立柱模型如图4

30、-1所示。其网格划分采用六面体单元，单元尺寸为10mm。其受力和约束与第三章货架立柱的情况一样。立柱下端固定，上端自由。将货架分为三层，在孔处施加7500n的力。图 4-1 槽型截面的立柱模型4.2 货架的静力分析和屈曲分析由软件计算得出槽型截面立柱的应力和变形云图如图4-2、4-3、4-4所示。其最大应力为227.18mpa，最大变形量为2.87mm。图 4-2应力云图图 4-3变形云图图 4-4局部应力云图货架屈曲分析计算得出临界应力4.3分析对比表格 4-1对比优化结果槽型立柱原始立柱槽型立柱降低比例静力分析最大应力（mpa）227.18181.7624.98%屈曲分析临界压力（n）62

31、035.521978071.77%由表格可知，槽型立柱比成熟立柱稳定性要弱很多。接下来从横截面面积和惯性矩来比较其改进。表格 2对比面积惯性矩槽型立柱原立柱原立柱提高比例横截面面积（mm2）450567.4826.11%惯性矩ix232992.38 338131.9245.13% 惯性矩iy644310.00636770.82 1.17%由表格可知，原立柱比槽型立柱惯性矩提高很多，其稳定性也要更强。第5章 结论通过分析理论，可知优化立柱主要是通过改变横截面形状和尺寸。由计算可知，在形状和尺寸改变很小的情况下，其承载和稳定性得到了很大的改变，因此通过ansys workbench的多目标优化分析

32、，可以得到经济的立柱尺寸和形状。由于立柱是长细杆，本文从立柱很截面尺寸的改变和形状的改变两个方面进行研究。立柱尺寸的改变能够有效的提高立柱的稳定性和承载能力。立柱优化后，其横截面面积、惯性矩增大，结合压强计算公式和临界压力计算公式，可知其静力分析下的最大应力明显降低，其临界压力亦得到提高，明显增大。由ansys workbench软件分析得到的结果与理论计算一致。从而可知，通过增大横截面面积，增大惯性矩，可以有效提高立柱的稳定性和承载能力。立柱的形状对立柱的稳定性由很大的影响。通过理论计算和软件分析，可知槽型立柱的承载能力和临界压力，比弯折立柱要小很多。结合压强计算公式和临界压力计算公式，可知

33、通过增大横截面面积和惯性矩，可以有效提高立柱的稳定性和承载能力。立柱在多次弯折后，其惯性矩和横截面面积增大了。由ansys workbench分析后，得到的结果与理论分析一致。致谢经过三个月的努力奋斗，今天论文终于定稿了，在完成论文的整个过程中，我学到了很多东西，尤其是发现问题、解决问题、总结问题的方法，同时还有坚持不懈、深入研究的精神，这将继续指导我以后的工作、学习。本论文能够顺利完成，特别要感想虞松老师的指导。从本学期开学，虞老师就一直很负责，细心的指导毕业设计的一个阶段。从选题，构思，资料查阅，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，论文定稿等整个过程中都给予了我悉心的指导。每周去

34、向老师汇报学习情况时，老师都是尽其所能来帮助我解决设计中出现的问题，老师负责的态度，严谨的治学精神，深深的影响了我。在整个毕业设计期间，老师不倦的教诲，渊博的学识，幽默风趣，让我感动良久。老师不仅仅影响了我现在，还将影响我今后的学习和工作，并且是我永远学习的榜样。在大学期间,老师给了我很多鼓励和建议，使我能够明白自己的人生方向。他们不仅仅是教了我知识，更教了为人处世的道理。在我踏上社会以后，我将铭记老师的教诲，努力实现人生的价值，不负老师期望，不枉在山大的学习。还要特别感谢多年来一直支持我学习的家人,是他们在我的身后支持我，让我能够有勇气克服一切困难。他们是我前行的动力，是我要努力奋斗报答的人

35、。同时，还有我那些与我生活了四年的同学们，与他们在一起是一件快乐的事。在大学四年里，他们不仅帮助我学到了大量的知识，也帮助我学会了更好的做人，让我懂得了友谊的珍贵。最后向所有曾在学习,生活和工作中给予过我关心,支持和帮助的老师,同学和朋友们，表示衷心的感谢参考文献1浦广益，ansys workbench 12基础教程与实例详解m.中国水利水电出版社，2010.2蔺海荣，冯维明，虞松，材料力学m.国防工业出版社，2001.3唐渊，陈信吉，王超辉，ansys入门m.中国电力出版社，2007.1商跃进，有限元原理与ansys应用指南m.清华大学出版社，2005.5吴鸿庆，任侠，结构有限元分析m.北京

36、:中国铁道部出版社，2000：3235.6李强吴建国。钟宏林基于稳定性的货架立柱的截面优化j.物流技术20093l(1i)1145一1477陈御钗王建洲组合式货架立柱的设计j物流技术与应用2008(3)196-978张国兵，仓储货架框架立柱轴心受压的稳定性分析与优化j物流技术,2005，(6)：34369李守林我国货架和货架仓库的历史与现状j丁物流技术与应用2005(5)：768110王转.重力式货架仓库的特点及发展概况j物流技术1997(1)：162011湛红荣冷弯薄壁c型钢压杆整体稳定临界力的研究j重庆大学，200412罗中华最优化方法及其在机械行业中的应用m北京：电子工业出版社91-94

37、13张卫国冷弯薄壁多孔货架立柱的稳定性分析与研究j建筑钢结构进展，2006，8(2)37-4214 张卫国. 刚货架立柱性能的研究及展望j. 物流技术与应用, 2009.15 李强. 货架立柱稳定性分析与界面优化分析d. 浙江工业大学, 2009.附录design optimization of an in-cylinder engine intake portpadmesh mandloi, gunjan verma ansys fluent india pvt. ltd., india arnaud boland ansys, belgium theme optimization keyw

38、ords port flow, in-cylinder, intake port, exhaust port, optimization, cfdsummary development of any internal combustion engine is driven primarily by fuel efficiency and emission requirements. this requires refinement of the in- cylinder flow, mixture formation and combustion processes. design optim

39、ization of the intake/exhaust port, valves and piston bowl is essential to realize the above mentioned requirements. the use of computational fluid dynamics (cfd) along with optimization tools can help shorten the design optimization cycle time. traditional approach of experiments using flow bench t

40、esting is very costly as well as time consuming. moreover cfd allows insight into the minute flow details which otherwise are not capture using flow bench tests. the present study demonstrates the use of optimization technology in improving the intake port design. design exploration from ansys workb

41、ench is used in the study. the objective of the study was to maximize the effective flow area in order to optimize the brake specific fuel consumption (bsfc). variations in the design parameters like guide curve angle, guide curve radius etc. were studied. the optimization study provided response ch

42、arts of the different design variables on the output. sensitivity analysis of the input variables helped in identifying the importance of each design variable and their respective effects on the output. finally the different design points were rated based on a goal-driven optimization study and the

43、best design is chosen. the entire study took less than a day compared to few weeks which would be required in the absence of well integrated optimization and cfd tools. no customization was required. single graphical user interface allowed quick learning and ease-of-use. 1: introduction development

44、of internal combustion engine involves resolving several conflicting issues. one of the most important of them being reducing the fuel consumption and exhaust emissions at the same time improving the performance and power output of the engine 3. to solve such conflicting issues, efficient analysis u

45、sing cfd simulations and optimization tools is required. simulation driven product development (sdpd) has gained huge significance in the last two decades and today plays a very effective role in bridging the gap between conceptual design and mass production. figure 1 below explains the same using a

46、 schematic. sdpd essentially combines several analysis processes together with simulation and design optimization being two of the many such processes. cad-based design optimization is now-a-days widely used in industry, specifically the automotive industry. a look at some of the recent publication

47、in this area reveals that in most of the cases design optimization is achieved by establishing links between a cad package, a cfd mesher and solver and an optimizer 2, 3, 4. most often these different packages are offerings from different software vendors and the user has to write codes to establish

48、 links between these packages. sometimes this causes loss in accuracy of the data that is transferred from one package to the other. in the present paper, ansys workbench 2 is used to perform all the steps from cad handling to creating cfd mesh and solving the cases to performing optimization studie

49、s. workbench 2 is a new offering from ansys inc. and it provides a unified environment for all types of analysis ranging from structural to fluids and electro-magnetic to even design optimization. designxplorer (dx) within workbench 2 is a tool for designing and understanding response of parts and a

50、ssemblies. dx allows users to perform analysis ranging from the basic what-if scenarios to deterministic, multiple goal-driven optimization to six-sigma analysis and even varaitional analysis. figure 1 increasing role of simulation in product design and developmentthe sections to follow will first t

51、alk about the design optimization process followed by workbench. subsequent to that, the cad. subsequent to that, the cad modelling process willprocess will - be described. the cfd meshing and case setup procedure will be discussed thereafter. optimization techniques used in the current study will b

52、e explainedques used in the current study will be explained in some detail after that. finally results and conclusion will be presented.in some detail after that. finally results and conclusion will be presented. 2: theory of optimization processdesign exploration within of experiments (doe) t techn

53、ique used to determine the location of sampling points. there are several versions of design of experiments available in engineering literature. these techniques all have one common characteristic: they points such that the space of random input parameters is explored in the most efficient way, or o

54、btain the required information with a minimum of sampling points. sample points in efficient locations will not only reduce the requ number of sampling points, but also increase the accuracy of the response surface that is derived from the results of the sampling points. by default the deterministic method uses a central composite design one center point, poin