ANSYS三杆桁架的优化设计

《有限元技术根底》考试题目：下列图所示为一个有3根杆组成的桁架，承受纵向和横向载荷，杆件的横截面面积和根本尺寸B在指定范围内变化，要求桁架的每根杆件承受的最大应力小于〔800+学号最后两位数〕MPa，试对该结构进行优化设计，使得桁架重量最少。弹性模量E=220GPa；泊松比：0.3；密度ρ=7800kg/m3材料最大许用应力：σ=890MPa横截面面积变化范围：0.01～10cm2〔初始值为10〕根本尺寸B变化范围：1～2m〔初始值为2〕要求：写出操作步骤和命令流，定义工作文件名和工作标题为你的姓名拼音。GUI操作方式：(1)定义工作文件名和工作标题：定义工作文件名：UtilityMenu-File-ChangeJobname,输入文件名“litao〞,单击“OK〞。定义工作标题：UtilityMenu-File-ChangeTitle,输入工作标题“litao〞,单击“ＯＫ〞。(2)定义参数和材料属性：定义参数初始值：UtilityMenu-Parameters-ScalerParameters,分别在“Selection〞’下面的输入栏中输入：B=2，A1=0.001，A2=0.001，A3=0.001。〞所得结果如下图，单击〞close〞。设置材料属性：MainMenu-Preprocessor-MaterialProps-MaterialModels,设置材料属性“EX=2.2e11,PRXY=0.3〞设置单元密度为“DENS=7800〞，单击“OK〞,设置如下图，完成对材料属性的设置。定义单元类型及属性定义单元类型：MainMenu-Preprocessor-ElementType-Add/Edit/Delete,在“LibraryofElementType〞左面的列表栏选择StructuralLink〞,右边的为“2Dspar1”定义实常数：MainMenu-Preprocessor-RealConstants-Add/Edit/Delete,在“Cross-sectionalareas〞后面的输入栏依次输入A1，A2，A3.单击close结束实数的设置。建立有限元模型生成有限元节点：MainMenu-Preprocessor-ModelingCreat-Keypoints-InActiveCS,生成如下节点。节点号X坐标Y坐标Z坐标1-B0020003B0040-20关闭坐标系符号显示，并且翻开节点编号显示。生成第一个单元：MainMenu-Preprocessor-ModelingCreat-Elements-AutoNumber-ThruNodes,在图形屏幕上拾取编号为“1〞和“4〞的节点，单击“OK〞。改变第二单元的属性：MainMenu-Preprocessor-ModelingCreat-Elements-ElemAttributes,在实常数设置后面选择“2〞，单击“OK〞。生成第二单元：MainMenu-Preprocessor-ModelingCreat-Elements-AutoNumber-ThruNodes,在图形屏幕上拾取编号为“2〞和“4〞的节点，单击“OK〞。改变第三单元的属性：MainMenu-Preprocessor-ModelingCreat-Elements-ElemAttributes,在实常数设置后面选择“3〞，单击“OK〞。生成第三单元：MainMenu-Preprocessor-ModelingCreat-Elements-AutoNumber-ThruNodes,在图形屏幕上拾取编号为“3〞和“4〞的节点，单击“OK〞。生成结果如下图。施加约束和载荷施加边界约束：MainMenu-Solution-Apply-Displancement-OnNode,在图形屏幕上拾取编号为“1,2,3”的节点，单击“OK〞。在“DOFstobeconstrained〞后选择“AllDOF〞,单击“OK〞，。施加集中载荷：MainMenu-Solution-Load-Apply-Strutural-Force/Moment-OnNode，在图形屏幕上拾取编号“4〞的节点，单击“OK〞，选择“FX〞输入“2e4〞,单击“Apply〞；选择“FY〞输入“-2e4”，单击“保存数据：单击工具栏上的“Save_DB〞.求解运算：MainMenu-Solution-Solve-CurrentLS,File-close，ok。出现信息警告窗口，求解结束。保存优化结果到文件：UtilityMenu-File-Saveas,在弹出的对话框中输入“truss_resu.db〞,单击“OK〞。进入后处理，得到状态变量和目标函数的值定义单元表：MainMenu-GeneralPostproc-ElementTable-DefineTable,在“UserLableforitem〞后面输入栏中输入“EVOLUME〞，并选择“Geometry〞和“ElemVolumeVOLU〞,单击“OK〞，又单击“Close〞。计算单元体积总和：MainMenu-GeneralPostproc-ElementTabe-SumofEachItem,显示一个信息窗口，在窗口中显示体积为：“0.765685E-02”。单击“取出体积值：MainMenu-Parmeters-GetScalarData,在第一栏中选择“ResultsData〞,在第二栏中选择“ElemTabeSums〞,单击“OK〞，并定义参数名为“VTOT〞，单击“OK〞关闭该对话框。计算初始质量：UtilityMenu-Parmeters-ScalarParameters,定义“DENS=7800,WT=DENS*VTOT〞按“Accept〞键；总重量的计算结果为：WT=59.7234631，并显示在图中，单击“Close〞,关闭对话框。设置单元表：MainMenu-GeneralPostproc-ElementTable-DefineTable,在“UserLableforitem〞后面输入栏中输入“SIGMA〞，并选择“BySequenceNum〞和“LS〞,后面输入数字“1〞单击“OK〞，又单击“Close〞，关闭对话框。得到第一杆的轴向应力：UtilityMenu-Parameters-GetScalarData,在第一栏中选择“ResultsData〞,在第二栏中选择“ElemTabeData〞,单击“OK〞，并定义参数名为“sig1〞，在“ElementnumberN〞后输入数字“1〞，在“ElemTableDatatobeRetrieved〞后面选择栏中选择“SIGMA〞，单击“Apply〞，那么关闭对话框，又翻开“GetScalarData〞对话框。得到第二杆的轴向应力：UtilityMenu-Parameters-GetScalarData,在第一栏中选择“ResultsData〞,在第二栏中选择“ElemTabeData〞,单击“OK〞，并定义参数名为“sig2〞，在“ElementnumberN〞后输入数字“2〞，在“ElemTableDatatobeRetrieved〞后面选择栏中选择“SIGMA〞，单击“Apply〞，那么关闭对话框，又弹出“GetScalarData〞对话框。得到第三杆的轴向应力：UtilityMenu-Parameters-GetScalarData,在第一栏中选择“ResultsData〞,在第二栏中选择“ElemTabeData〞,单击“OK〞，并定义参数名为“sig3〞，在“ElementnumberN〞后输入数字“3〞，在“ElemTableDatatobeRetrieved〞后面选择栏中选择“SIGMA〞，单击“Apply〞，那么关闭对话框。计算轴向应力的绝对值：UtilityMenu-Parameters-ScalarParameters,定义“sig1=abs(sig1),sig2=abs(sig2),sig3=abs(sig3)〞,单击“close〞,关闭对话框。显示杆当前设计并生成分析文件显示杆的当前设计：UtilityMenu-Poltctrls-Style-SizeandShap,在尺寸和形状对话框设置如下图，单击“OK〞。将试图方向改为“ISO〞，得到结果如下图。生成优化分析文件：UtilityMenu-File-WriteDBLogFile,输入分析文件名为“Trus_Opt〞,单击“OK〞。进入优化处理器并指定分析文件指定分析文件：MainMenu-DesignOpt-Assign,指定文件名为“Trus_Opt.lgw〞,单击“OK〞。指定设计变量：MainMenu-DesignOpt-DesignVariables,在“ParameterName〞中选择A1，然后在其下面的输入栏中分别输入0.01e-4和0.001，重复上述过程A2，0.01e-4和0.001，A3，0.01e-4和0.001，B，1和2,完成对设计变量的设置。设置状态变量：MainMenu-DesignOpt-DataVariables,状态变量“sig1，sig2,sig3”的MAX均为855E6，单击“OK〞，完成对状态变量的设置。保存优化数据库：MainMenu-DesignOpt-OptDatabase-Save,保存文件名为“Trus_var.opt〞,单击“OK〞。设置目标函数：MainMenu-DesignOpt-Objective,选择“WT〞，并在“ConvergenceTolerance〞后面输入“1〞，单击“OK〞。指定一阶优化方法：MainMenu-DesignOpt-Method/Tool，选择“First-order〞，并在“Maximumiteration〞后面输入“15〞，单击“OK〞。保存数据：单击“Save_DB〞。运行优化：MainMenu-DesignOpt-Run。保存优化结果到文件：UtilityMenu-File-Saveas,输入文件名为“Truss_Opt_resu.db〞,单击“OK〞。查看优化结果查看最正确设计序列：MainMenu-DesignOpt-DesignSet-list，选择“BESTSet〞，单击“OK〞。查看所有设计序列：MainMenu-DesignOpt-DesignSet-list，选择“ALLSets〞，单击“OK〞。显示目标函数的变化规律设置坐标轴标题：X坐标轴的标题设为“InterationNumber〞,Y坐标轴的标题设为“StructuralWeight〞,单击“OK〞。显示目标函数的变化规律：在“Y-Variableparams〞选择“WT〞，单击“OK〞。显示结果如下图：显示尺寸B的变化规律设置坐标轴标题：Y坐标轴的标题设为“BaseDimension〞,单击“OK〞。显示根本尺寸的变化规律：在“Y-Variableparams〞选择“B〞，单击“OK〞。显示结果如下图：显示面积的变化规律设置坐标轴标题：Y坐标轴的标题设为“Cross_SectionalArea〞,单击“OK〞。显示横截面积变化规律：在“Y-Variableparams〞选择“A1,A2，A3”，单击“显示杆中应力变化规律设置坐标轴标题：Y坐标轴的标题设为“MaximumStress〞,单击“OK〞。显示杆中应力变化规律:在“Y-Variableparams〞选择“SIG1,SIG2，SIG3”，单击“(10)退出ANSYS。Quit-NoSave!单机“OK〞，结束ANSYS运行。命令流操作方式：/BATCH/TITLE,xiong_kun*SET,B,2*SET,A1,0.001*SET,A2,0.001*SET,A3,0.001/PREP7!*MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,2.2e11MPDATA,PRXY,1,,0.3MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,DENS,1,,7800!*ET,1,LINK1!*R,1,A1,,!*R,2,A2,,!*R,3,A3,,!*N,1,-B,0,0,,,,N,2,0,0,0,,,,N,3,B,0,0,,,,N,4,0,-2,0,,,,/PLOPTS,INFO,3/PLOPTS,LEG1,1/PLOPTS,LEG2,1/PLOPTS,LEG3,1/PLOPTS,FRAME,1/PLOPTS,TITLE,1/PLOPTS,MINM,1/PLOPTS,FILE,0/PLOPTS,LOGO,1/PLOPTS,WINS,1/PLOPTS,WP,0/PLOPTS,DATE,2/TRIAD,OFF/REPLOT!*/PNUM,KP,0/PNUM,LINE,0/PNUM,AREA,0/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,1/PNUM,TABN,0/PNUM,SVAL,0/NUMBER,0!*/PNUM,ELEM,0/REPLOT!*FLST,2,2,1FITEM,2,1FITEM,2,4E,P51XTYPE,1MAT,1REAL,2ESYS,0SECNUM,TSHAP,LINE!*FLST,2,2,1FITEM,2,2FITEM,2,4E,P51XTYPE,1MAT,1REAL,3ESYS,0SECNUM,TSHAP,LINE!*FLST,2,2,1FITEM,2,3FITEM,2,4E,P51XFINISH/SOLFLST,2,3,1,ORDE,2FITEM,2,1FITEM,2,-3!*/GOD,P51X,,,,,,ALL,,,,,FLST,2,1,1,ORDE,1FITEM,2,4!*/GOF,P51X,FX,2e4FLST,2,1,1,ORDE,1FITEM,2,4!*/GOF,P51X,FY,-2e4SAVE/STATUS,SOLUSOLVESAVE,'truss_resu','db','D:\Xk\'FINISH/POST1AVPRIN,0,,ETABLE,EVOLUME,VOLU,!*SSUM!**GET,VTOT,SSUM,,ITEM,EVOLUME*SET,DENS,7800*SET,WT,DENS*VTOTAVPRIN,0,,ETABLE,SIGMA,LS,1!*!**GET,sig1,ELEM,1,ETAB,SIGMA!*!**GET,sig2,ELEM,2,ETAB,SIGMA!*!**GET,sig3,ELEM,3,ETAB,SIGMA!**SET,sig1,abs(sig1)*SET,sig2,abs(sig2)*SET,sig3,abs(sig3)!*/SHRINK,0/ESHAPE,2/EFACET,1/RATIO,1,1,1/CFORMAT,32,0/REPLOT!*/VIEW,1,1,1,1/ANG,1/REP,FASTEPLOT!LGWRITE,'trus_Opt','lgw','D:\Xk\',COMMENTFINISH/OPTOPANL,'Trus_Opt','lgw',''!*!*OPVAR,A1,DV,0.01e-4,0.001,,!*OPVAR,A2,DV,0.01e-4,0.001,,!*OPVAR,A3,DV,0.01e-4,0.001,,!*OPVAR,B,DV,1,2,,!*!*OPVAR,SIG1,SV,,882E6,,!*OPVAR,SIG2,SV,,882E6,,!*OPVAR,SIG3,SV,,882E6,,!*OPSAVE,'Trus_var','opt',''!*!*OPVAR,WT,OBJ,,,0.01,!*OPTYPE,FIRSOPFRST,15,,,!*SAVE!*OPEXE/COM,ANSYSRELEASEUP2023041514:23:5910/21/2023!OPTIMIZATIONLOOPINGHASCLEAREDTHEINTERNALLOGKEYW,BETA,0!*!*!*SAVE,'Truss_Opt_resu','db','D:\Xk\'!*OPLIST,16,,0!*!*OPLIST,ALL,,0!*/AXLAB,X,IterationNumber/AXLAB,Y,StructuralWeight/GTHK,AXIS,2/GRTYP,0/GROPT,ASCAL,ON/GROPT,LOGX,OFF/GROPT,LOGY,OFF/GROPT,AXDV,1/GROPT,AXNM,ON/GROPT,AXNSC,1,/GROPT,DIG1,4,/GROPT,DIG2,3,/GROPT,XAXO,0,/GROPT,YAXO,0,/GROPT,DIVX,/GROPT,DIVY,/GROPT,REVX,0/GROPT,REVY,0/GROPT,LTYP,0!*/XRANGE,DEFAULT/YRANGE,DEFAULT,,1!*XVAROPT,''PLVAROPT,WT!*/AXLAB,X,IterationNumber/AXLAB,Y,BaseDimemsion/GTHK,AXIS,2/GRTYP,0/GROPT,ASCAL,ON/GROPT,LOGX,OFF/GROPT,LOGY,OFF/GROPT,AXDV,1/GROPT,AXNM,ON/GROPT,AXNSC,1,/GROPT,DIG1,4,/GROPT,DIG2,3,/GROPT,XAXO,0,/GROPT,YAXO,0,/GROPT,DIVX,/GROPT,DIVY,/GROPT,REVX,0/GROPT,REVY,0/GRO