ANSYS在平面桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析應用

3.4 進行ANSYS有限元結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

利用ANSYS的優(yōu)化分析功能進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的步驟如下:

1)參數(shù)化建立模型;

2)求解;

3)提取并指定狀態(tài)變量和目標函數(shù);

4)生成循環(huán)所用的分析文件;

5)進入優(yōu)化處理器,指定分析文件;

6)聲明優(yōu)化變量(設計變量、狀態(tài)變量以及目標函數(shù));

7)選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法(采用精度較高的一階優(yōu)化方法);

8)指定優(yōu)化循環(huán)控制方式(尋優(yōu)迭代次數(shù)設定為50次);

9)進行優(yōu)化設計;

10)查看設計序列結(jié)果及后處理。缺省允差由計算機默認選擇,為了便于收斂,采用一階方法的優(yōu)化分析中將目標函數(shù)的允差設定為2。

3.5 結(jié)果分析

桁架的重量、桁架各桿的應力和橫截面積等參數(shù)隨尋優(yōu)迭代次數(shù)的變化情況如圖2~圖4所示。

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    圖2 重量迭代

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    圖3 應力迭代

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    圖4 橫截面積迭代

進行ANSYS優(yōu)化分析時,當尋優(yōu)迭代進行到第22次時,桁架重量取得最小值,其最優(yōu)設計序列如表1所示(表中數(shù)值單位均采用國際單位)。

    表1 最優(yōu)設計序列

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以上利用大型有限元軟件ANSYS的優(yōu)化分析功能,得到了桁架的最小重量為1150.3kg,與初始設計重量63914kg相比,得到了很大程度的減輕,由此可見,利用ANSYS有限元分析進行平面桁架結(jié)構(gòu)重量最輕的優(yōu)化設計,其效果是非常明顯的。在確定桁架受壓桿件的截面形式時,還應考慮桿件長細比要求,如超過桿件長細比限值,則應改變壓桿件截面形式使之滿足長細比要求,或者根據(jù)長細比限值重新確定壓桿橫截面積,使之在桿件長細比允許的范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

使用ANSYS有限元優(yōu)化分析功能解決優(yōu)化問題的突出優(yōu)點是可以避免繁雜的計算和計算機編程而得到最優(yōu)解,其計算誤差很小,完全能滿足工程精度要求。文中采用ANSYS有限元優(yōu)化分析對六桿桁架結(jié)構(gòu)在滿足橫截面積約束及應力約束的條件下進行了重量最輕的優(yōu)化設計,取得了較為滿意的優(yōu)化結(jié)果。該方法也可推廣到其他工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計領域。

通過對六桿平面桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計分析,可以看到ANSYS的優(yōu)化設計功能非常強大。應用ANSYS優(yōu)化工具箱進行建模、有限元分析和優(yōu)化設計問題求解,不用編寫大量優(yōu)化算法程序,不但提高了設計效率,而且能達到較高的設計精度,并且能在很大程度上節(jié)約工程材料、減少設計成本和設計周期,使結(jié)構(gòu)設計更為經(jīng)濟、科學、合理。