ANSYSExample06悬臂梁优化算例

1、06悬臂梁优化算例(ANSYS在实际工程中，经常遇到需要对结构构件进行截面优化，以充分利用材料并节省造 价。ANSYS软件提供了一些常用的结构优化功能，本算例将以一个受均布荷载的平面 悬臂梁为例，介绍实用ANSYS软件对构件进行优化。知识要点：(1输出命令流文件(2 Element Table 的使用(3结果的求和，排序(4设计变量，状态变量，目标变量(5优化算法(1首先用ANSYS建立有限元模型，先输入以下控制参数：P=1e6 !作用在悬臂梁上的局部荷载L=10 !悬臂梁长度T1=1 !悬臂梁固定端截面高度T2=1 !悬臂梁中点截面高度T3=1 !悬臂梁自由端截面高度(2 进入 ANSYS

2、主菜单 Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete，添加单元类型为Plane 82(3在ANSYS主菜单Materials Props->Material Models 中添加钢材材料属性： Structural->Linear->Elastic->lsotropic ，输入弹性模量为 200E3,泊松比为 0.3(1下面建立悬臂梁的模型，首先建立关键点信息，在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeli ng->Create->Keypoi nts->ln Active CS，

3、依次输入以下关键占：八、关键点编号X坐标丫坐标Z坐标10002L/2003L0040-T105L/2-T206L-T30(4 选择 ANSYS 主菜单 Preprocessor->Modeling->Create->Lines->Lines->StraightLine,依次连接关键点 1 2, 2-3, 3-6, 6-5, 5-4, 4- 1, 5-2 (5 选择 ANSYS 主菜单 Preprocessor->Modeling->Create->Areas->Aribitrary->ByLines,依次点选直线1, 7, 5, 6和

4、2, 3, 4, 7,生成面模型如图(6 进入 ANSYS 主菜单 Preprocessor->Meshing ->Size Cntrls ->ManualSize - >Global ->Size，设定单元的最大尺寸为 L/50(7 进入 ANSYS 主菜单 Preprocessor->Meshing ->Mesh->Areas->Free，对生成的面进行网格划分(8完成建模后开始添加边界条件，首先进入ANSYS主菜单Solution->DefineLoads->Apply->Structural->Displac

5、ement->On Lines,选中直线 6,选择约束所有位移(9 接着进入 ANSYS 主菜单 Solution->Define Loads->Apply->Structural->OnLines,选择直线1和直线2,输入压力大小为P (10下面进行求解，进入 ANSYS主菜单Solution->Solve->Current LS ，求解当前 工况(11然后进入后处理进行结果整理，首先进入ANSYS主菜单Ge neral Postproc->List Results->Sorted List in g->Sort Nodes，选择对

6、所有节点的 von Mises 应力进行排序。(12 接着进入 ANSYS 窗口顶部菜单 Parameters->Get scalar data ，在 Get Scalar Data 窗口中，选择 Results data->Other operations ，在 Get Data from Other Post1 Operations 中选择 from sort oper ->IMaximum value，把排序的结果存入 SMAX变量中。这时可以看到 SMAX的数值为325648992。(13接着我们需要所有单元的总体积，进入ANSYS主菜单General Postpro

7、c->Element Table->Define Table ，在 Element Table Data 窗口 中选择 Add，在 Define Additional Element Table Items中选择单元的几何信息(Geometry)->单元体积(Elem Volume VOLU )(14下面对所有的单元体积进行求和，进入ANSYS主菜单Ge neral Postproc->Eleme nt Table->Sum of Each Item ，对刚才得到的单元体积进行求和(15 接着进入 ANSYS 窗口顶部菜单 Parameters->Get s

8、calar data ，在 Get Scalar Data 窗口中，选择 Results data->Elem table sums ，在 Get Element Table Sum Results中，选择将体积的求和结果存入 VTOTAL变量中。(16至此就完成了整个建立模型以及得到相应优化设计所需变量的操作。下面需要 把刚才操作的命令流文件存成一个输入命令流。在ANSYS操作目录下找到jobname.log文件，将它复制为cantilever.txt文件，并将命令流里面参数定义以前的 部分删去。(17下面开始进行优化设计，进入 ANSYS主菜单Design Opt->Analy

9、sis，选择 can tilever.txt输入文件，如图所示。(18下面开始设定设计变量，即需要优化的变量。进入ANSYS主菜单Design Opt->Design Variables，在Design Variables窗口中点击 Add按钮，添加第一个设计 变量为T1，最大值为2,如图所示。(18同样的添加T2 , T3为设计变量，并设定其最大值均为 2(19下面添加状态变量，所谓状态变量就是优化结果必须满足的条件。我们这里设置最大的应力不能超过 300MPa,进入ANSYS主菜单Design Opt->StateVariable，设定状态变量为 SMAX，最大值为300e6(

10、20最后定义目标变量，就是优化的对象，本例子中为悬臂梁的总体积。进入 ANSYS主菜单Design Opt->Objective，选择优化对象为 VTOTAL，如图。(21下面就可以进行优化操作了。 ANSYS中提供了 8类不同的优化工具。作者根 据经验建议一般首先选择Sub-Problem优化工具进行初步优化，再使用 First-Order优化工具进行进一步优化。进入 ANSYS主菜单Design Opt- >Method/Tool，选择Sub-Problem，其他选项采用默认设置。(22进入ANSYS主菜单Design Opt->Run，进行首次优化操作。优化得到的构件

11、截面如图所示。目前总体积为 5.868(23 进入 ANSYS 主菜单 Design Opt->Method/Tool ，选择 First-Order，进入 ANSYS主菜单Design Opt->Run，再做一次优化'-UlJIlilllllllllllllllll Momrpffy Ci#mf+lw WteiTociFwcton 4>Miafu（24 进入 ANSYS 主菜单 Design Opt->Design Sets->Graphs/Tables ，选择绘图的 横坐标为优化次数（Set Number，总坐标为总体积（VTOTAL，可以看到优化过程

12、中 体积的变化。jrf oi isvf ITM.IVE建模部分命令流cantilever.txtP=1e6L=10 ! Len gth of the can tileverT1=1 ! Height at the right end of the can tileverT2=1 ! Height at the mid of the can tileverT3=1 ! Height at the left end of the can tilever/prep7ET,1,PLANE82! Defi ne Material 定义材料MPTEMP,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,200e

13、9MPDATA,PRXY,1,.3!set up the modelk,1,0,0,0k,2,l/2,0,0k,3,l,0,0k,4,0,-t1,0k,5,l/2,-t2,0k,6,l,-t3,0l, 1,2l,2,3l,3,6l,6,5 l,5,41,4,1 1,5,2al,1,7,5,6al,2,3,4,7esize,l/50amesh,all/soludl,6,allSFL,1,PRES,P,SFL,2,PRES,P,solve/post1! Get Maximal StressNSORT,S,EQV,0,0, ,0*GET,SMAX,SORT,MAX! Get volume of all eleme ntsETABLE, ,VOLU,SSUM*GET,VTOTAL,SSUM, ,ITEM,VOLU优化部分命令流/OPTOPANL,'cantilever','txt',''! Desig n variablesOPVAR,T3,DV, ,2,OPVAR,T2,