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钢管方面毕业论文格式模板范文,与基于ANSYS人字架的优化设计相关大学毕业论文

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摘 要 :由于人字架结构的特殊性,使其在现代生产生活中占据着重要的地位.文章利用ANSYS对人字架进行优化设计,整个建模、分析过程充分说明ANSYS软件为人字架的优化设计提供了可靠、高效的理论依据,并为以后相似问题的优化设计提供了参考.

关 键 词 :人字架;ANSYS;结构设计

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关于基于ANSYS人字架的优化设计的毕业论文格式模板范文
钢管方面论文范文集
5306;TP391 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2013)15-0020-03

1.概述

由于人字架结构的特殊性,使其在现代生产生活中占据着重要的地位,比如人字架梯子、屋顶、门式起重机、摩天轮,都有或采用人字结构作为基本支承.人字架在航空领域也有应用,如图1,本文利用ANSYS软件对某人字架进行优化设计,使该人字架在满足强度条件和稳定性条件下,得到最小质量的最优解.

2.优化设计

工况:某人字架由两根钢管构成,底端全部固定,上端由销钉连接,钢管材料的弹性模量E等于2.1×105MPa,材料密度等于7.8×103kg/m3,许用压应力σy等于420MPa,其顶点受力2F等于3×105N,如图2.已知人字架跨度2B等于152cm,钢管壁厚T等于0.25cm,求人字架的高h和钢管平均直径D,使钢管总质量m为最小.

可以把人字架的优化设计问题归结为:

求设计变量(DVs)X等于[Dh]T,使目标函数结构质量m(x)→min且状态变量(SVs)钢管压应力σ应满足强度条件σy和稳定性条件σe,即:

这里先对人字架单个钢管压应力σ满足强度条件σy进行优化设计计算.ANSYS优化设计过程通常按照图3步骤

进行.

2.1 优化设计的前处理

2.1.1 定义参数和建模.

在Scalar Parameters对话框,Selection下的文本框中分别输入表1数据(单位:m、N、MPa).

在Structural Beam中定义单元类型为3 Delastic 4.设置材料属性:E等于2.1e11,PRXY等于0.3,DENS等于7800.定义实常数如图4所示.

在Create Keypointsin Active Coordinate System对话框里,建立两个关键点1和2.通过MainMenu>Preprocessor>

Modeling>Create>Lines>In Active Coord命令,拾取编号为1和2的点生成直线.

2.1.2 加载求解计算.

(1)施加边界约束:Main Menu>Preprocessor>Loads>Apply>Structural>Displacement>On Keypoint命令,对1点仅在UY、UZ方向上进行约束.对2点使用全约束ALL DOF.

(2)施加集中载荷:Main Menu>Preprocessor>Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Keypoint命令,对1点选择FX力的方向,在Force/Moment Value文本框中输入F1,单击OK按钮.其结果(3)设置单元尺寸为0.01对直线进行单元划分,完成求解运算,保存优化结果到文件Optimization-resu.

2.2 优化设置及计算

2.2.1 定义优化设计变量:Main Menu>Design Opt>Design Variables命令,弹出Design Variables对话框中输入人字架的高h和钢管平均直径D上、下极限值.

2.2.2 定义优化状态变量:Main Menu>Design Opt>State Variables命令,在Parameters Name的列表栏中选择SMAXI,在Upper Limit后面的文本框中输入ROU.


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2.2.3 设置重量目标函数:Main Menu>Design Opt>Objective命令在Parameter Name的列表栏中选择WT,在Convergence Tolerance的文本框中输入0.001.

2.2.4 指定优化方法:优化方法是使单个函数(目标函数)在控制条件下到达最小值的传统化的方法.由于一阶方法的精度很高,尤其是在因变量变化很大,设计空间也相对较大,所以为了保证优化精度,本文用一阶优化方法.采用15次迭代运算.


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2.2.5 运行优化:Main Menu>Design Opt>Run命令,弹出Begin Execution of Run对话框,查看分析信息后,单击OK按钮开始优化运算.当系统出现Execution summary对话框,表明优化过程已经结束,单击OK按钮和Close按钮.

2.3 查看优化结果

列出最佳设计序列:

Main Menu>Design Opt>Design Sets>List命令,弹出List Design Sets对话框,在单选按钮栏中单击选中BES Tset,单击OK按钮,弹出OPLISTCommand窗口,最佳序列的结果即每个设计变量、状态变量和目标函数的值都在此窗口中,如图6所示.

执行主菜单Design Opt>Design Sets>Graphs/Tables命令,可查看目标函数WT随优化次数的变化规律,如图7所示.

同理,在满足稳定性条件下优化求得D等于2.56cm、H等于75.8cm值偏小应舍去.

3.优化结果与讨论

利用解析法假定使人字架总质量:

结合强度条件利用偏导求得D等于6.43cm、h等于76cm、m等于8.47.

基于ANSYS人字架的优化设计参考属性评定
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ANSYS优化最优值D等于6.35cm、H等于77.47cm、M等于2×4.22kg等于8.44kg.

上述结果均是在满足该人字架在受到一定外部载荷时,钢管压应力σ不超过强度条件σy和稳定性条件σe的条件下所得出的结果.两者相比较,ANSYS软件优化结果与理论计算很接近,且人字架高h和钢管平均直径D误差均不超过2%.利用有限元法对工程结构进行分析优化,结果可靠且可视化好.同时本文可为类似工程求解问题提供

参考.

参考文献

[1] 孙靖民.机械优化设计[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2] 胡仁喜,等.ANSYS8.2机械设计高级应用实例[M].北京:机械工业出版社,2005.

[3] 高耀东,等.ANSYS机械工程应用精华50例[M].北京:电子工业出版社,2011.

作者简介:彭春雷(1975—),男,安徽人,陕西理工学院讲师,研究方向:机械CAD/CAM.

(责任编辑:秦逊玉)

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