试论基于ANSYS的空间桁架结构拓扑优化设计
基于ANSYS的空间桁架结构拓扑优化设计
( 4) 在 得 到的 拓 扑优 化 结 果基 础 上, 利 用 APDL 命令提取和输出节点的坐标, 得出各节杆的 节距, 可以实现在满足一 定强度条件下杆的截 面 尺寸优化。
2 建模
AN SY S 拓扑 优化 功能 可以 用 于求 得 最 优结 构 , 以获得最大刚度、最小体积或最大 自振频率。拓 扑优化的原理是在满足结构体积减小量的条件 下 使结构的柔度极小化, 极 小化的结构柔度实际 就 是要求结构的刚度最大化, 优化过程是通过自 动 改变设计变量, 即单元伪密度 ( ) 来实现的。单 元伪密度 = 0的材料为可以删除的部分, 单元伪 密度 = 1的材料为保留的部分 [ 1, 2] 。
作 者: 魏文儒 地 址: 大连理工大学机械工程学院 邮 编: 116023
四连杆式带式制动器的结构与计算
中船重工集团第七 & 四研究所 姚化利 上海吴泾化工设计院 刘朝阳
带式制动器有多种结构形式, 本文介绍基本 式四连杆式带式制动器, 其结构原理源于普通 带 式制动器, 另外给出了具有代表 性的 2种动力 配 置结构形式: 螺杆动力式和两段螺 杆式。分析 了 其结构、功能特点和计算方法。
4 汪希萱, 曾胜 电磁式在线自动平衡系统及其动平衡方 法研究 热能动力工程, 2003, 18 ( 103): 53# 57
5 ISO 1925, Ba lanc ing - V ocabu lary, 1981
作 者: 程 峰 地 址: 山西太原中北大学机电工程学院航空宇航工程系 邮 编: 030051
ANSYS桁架优化分析实例
12．单击 OK 关闭对话框并打开 Get Element Table Sum Results 对话框。 13．在 Name of Parameter to be Defined 域输入 VTOT。 14．单击 OK 关闭对话框。 15 ． 选 择 菜 单 Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters 打 开 Scalar Parameters 对话框。 16．在 Selection 域输入 RHO=2.85E-4 并按 ENTER 键。本信息应显示在菜 单上。
第五步：定义实参 1． 选择 Main Menu>Preprocessor>Real Constants，打开实参对话框。 2． 单击 Add，打开实参对话框中单元类型。 3． 单击 OK，打开 LINK1 实参对话框。 4． 在实参序列号区域中键入 1。 5． 在横截面区域中键入 A1。 6． 单击 Apply。这将确认 LINK1 的实参并将 1000 输入实参 1 的横截面 区域。 7． 在实参序列号区域键入 2。 8． 在横截面面积区域键入 A2。 9． 单击 Apply。这将确认 LINK1 的实参并将 1000 输入实参 1 的横截面 区域。 10．在实参序列号区域键入 3。 11．在横截面面积区域键入 A3。 12．在 LINK1 实参对话框中单击 OK。 13．在实参对话框中单击 Close。
2． 单击 Add 定义单元表格并打开 Define Additional Elementary Table Items 对话框。
3． 在 User Label 域中输入 EVOL。 4． 在 Item,Comp Results Data Item 菜单的左列单击 Geometry，在右列单 击 Elem Volume VOLU。 5． 单击 OK 关闭对话框。 6． 在 Element Table Data 对话框中单击 Close。 7． 选择菜单 Main Menu>General Postproc>Element Table>Sum of Each Item 打开 Tabular Sum of Each Element Table Item 对话框。 8． 单击 OK 计算总和。SSUM 命令窗口将显示总和为 0.382842E+07。 9． 单击菜单条上的 Close 关闭 SSUM 命令窗口。 10．选择菜单 Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data 打开 Get Scalar Data 对话框。
基于ANSYS分析的平面桁架结构优化设计
文章编号:1009-6825(2007)20-0054-03基于ANSYS 分析的平面桁架结构优化设计收稿日期:2007-01-29作者简介:李炳宏(1982-),男,后勤工程学院军事建筑工程系硕士研究生,重庆 400041李 新(1981-),男,后勤工程学院军事建筑工程系硕士研究生,重庆 400041李炳宏 李 新摘 要:以六杆平面桁架结构为例,利用大型有限元分析软件A NSYS5.7对其按照重量最轻的原则进行了优化分析,实现了利用AN SY S5.7进行结构优化设计的全过程,得到了重量最轻的优化分析结果,在满足工程要求的前提下,节约了大量的工程材料。
关键词:AN SY S,有限元分析,平面桁架结构,优化设计中图分类号:T U 323.4文献标识码:A1 概述在工程实践中,结构优化设计的方法一直是科学工作者和工程技术人员最为关注的问题之一。
从已有工程经验看,与传统设计相比,优化设计可以使土建工程降低造价5%~30%。
20世纪60年代以来,随着计算机计算能力的不断提高,人们把有限元分析的方法和各种数学规划方法相结合,并逐步发展成为一种系统和成熟的方法,使得结构优化的技术得到了更快的发展。
文中以六杆平面桁架为例,利用AN SY S 的优化分析功能对其按照重量最轻的原则进行了优化设计,方便快捷地得到了较好的优化结果(重量最轻),实现了利用AN SY S 的优化分析功能进行平面桁架结构优化设计的全过程。
2 有关ANSYS 优化分析的基本概念A NSYS 优化分析中包括的基本概念有设计变量、状态变量、目标函数、分析文件等。
1)设计变量是作为自变量,通过改变设计变量的数值来实现结果的优化,设计变量的上下限决定了设计变量的变化范围。
坏可能引起结构的连续倒塌和整体破坏。
研究火灾高温下,不同结构的性能变化规律;研究火灾高温下,结构连续倒塌和整体破坏的机理,是结构抗火研究的主要内容。
3.3 混凝土结构抗火设计方法的研究设想混凝土结构的抗火设计可从两个途径进行研究:1)把火灾的高温作用等效为一种荷载,与结构上的其他荷载(恒载、活载、风载、地震作用等)一起参与荷载效应组合,按概率极限状态设计方法进行设计,即建立考虑火灾高温作用的统一的结构设计方法。
基于ANSYS?WORKBENCH的桁架结构的分析
基于ANSYS WORKBENCH的桁架结构的分析有不少朋友经常问到在WB中的桁架分析问题。
例如下面的桁架，有两个端点被固定，而在C处施加一个向下的集中力，如何计算该问题？在ANSYS APDL中，计算该问题非常简单。
但是在WB中，则比较麻烦。
对于线体模型，WB中默认的单元类型是BEAM188，如果直接使用默认单元会带来一些出乎意料的结果。
本文使用LINK180建模，这样就需要插入命令流。
下面说明使用LINK180的建模方法。
1. 创建静力学结构分析系统。
2. 创建几何模型（1）创建草图（2）根据草图生成线体模型创建圆形截面，其半径为10mm（该尺寸随便设置，后面会被覆盖）将截面属性赋予给线体模型3. 设置杆的单元类型在线体模型下添加命令在命令文件编辑窗口输入下列命令、上述命令的含义是：第1行，设置单元类型是LINK180第2-3行，设置截面类型是实心圆，且其横截面积是10mm24. 划分网格在MESH下添加一个单元尺寸控制，设置给所有边划分1等份。
网格划分结果如下图5. 施加边界条件该下面两个关键点施加固定支撑，给上面点施加数值向下的力100N,结果如下图6. 求解并进行后处理进行求解。
然后进行后处理。
可以发现应力，应变，能量等按钮均不可使用。
使用BEAM TOOL。
但是ANSYS表明，该梁工具不能使用。
添加BEAM RESULTS但是ANSYS表明，该梁工具也不能使用。
使用WORKSHEET所提供的自定义数据类型，选择其中的总位移结果、得到位移如下图读者可尝试使用WORKSHEET中的其它用户自定义结果，【评论】1. 通过在几何体模型后面添加命令，并编辑命令文本，可以设定单元为杆单元LINK180.2. 可以在MESH后添加尺寸控制，而对各根杆件设置网格划分份数。
3. 在后处理时，WB所提供的大多数后处理按钮均不可使用，此时只能使用WORKSHEET中提供的用户自定义变量。
(完整版)ANSYS拓扑优化原理讲解及实例操作
拓扑优化是指形状优化，有时也称为外型优化。
拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最正确材料分配方案。
这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度〞设计。
与传统的优化设计不同的是，拓扑优化不需要给出参数和优化变量的定义。
目标函数、状态变量和设计变量〔参见“优化设计〞一章〕都是预定义好的。
用户只需要给出结构的参数〔材料特性、模型、载荷等〕和要省去的材料百分比。
给每个有限元的单元赋予内部伪密度来实现。
这些伪密度用PLNSOL，TOPO命令来绘出。
拓扑优化的目标——目标函数——是在满足结构的约束〔V〕情况下减少结构的变形能。
减小结构的变形能相当于提高结构的刚度。
这个技术通过使用设计变量。
结构拓扑优化的根本思想是将寻求结构的最优拓扑问题转化为在给定的设计区域内寻求最优材料分布的问题。
通过拓扑优化分析，设计人员可以全面了解产品的结构和功能特征，可以有针对性地对总体结构和具体结构进行设计。
特别在产品设计初期，仅凭经验和想象进行零部件的设计是不够的。
只有在适当的约束条件下，充分利用拓扑优化技术进行分析，并结合丰富的设计经验，才能设计出满足最正确技术条件和工艺条件的产品。
连续体结构拓扑优化的最大优点是能在不知道结构拓扑形状的前提下，根据边界条件和载荷条件确定出较合理的结构形式，它不涉及具体结构尺寸设计，但可以提出最正确设计方案。
拓扑优化技术可以为设计人员提供全新的设计和最优的材料分布方案。
拓扑优化基于概念设计的思想，作为结果的设计空间需要被反应给设计人员并做出适当的修改。
最优的设计往往比概念设计的方案结构更轻，而性能更佳。
经过设计人员修改正的设计方案可以再经过形状和尺寸优化得到更好的方案。
5.1.2优化拓扑的数学模型优化拓扑的数学解释可以转换为寻求最优解的过程，对于他的描述是：给定系统描述和目标函数，选取一组设计变量及其范围，求设计变量的值，使得目标函数最小〔或者最大〕。
一种典型的数学表达式为：&g1x,x,v&g2x,x,vminfx,v式中，x-系统的状态变量；g1、g2-一等式和不等式的结束方程；fx,v-目标函数；-设计变量。
基于ANSYS的空间桁架优化研究的开题报告
基于ANSYS的空间桁架优化研究的开题报告一、选题背景空间桁架作为载荷传递和支撑结构，广泛应用于空间工程领域。
现代空间科学技术的发展使得掌握其设计优化技术显得非常重要。
而ANSYS软件作为一种常用的有限元分析软件，可以模拟和分析空间桁架结构的力学、热学等各种特性，因此在空间桁架结构优化方面有着广泛的应用。
本文将通过基于ANSYS的空间桁架优化研究，探讨其建模、分析和优化方法。
二、研究目的和意义本研究的目的是在ANSYS软件平台下，通过建立空间桁架的有限元模型，分析其应力与变形分布情况，通过对不同参数的优化，实现桁架结构强度与重量的最优化设计。
这将有助于提高空间桁架结构的设计精度和设计优化效率，为实现更高效率的航天技术提供指导。
三、研究内容和方法1. 空间桁架建模在ANSYS中利用空间桁架的结构图进行几何建模，并进行材料、截面属性和节点约束的设定。
2. 空间桁架分析运用ANSYS进行空间桁架分析，包括载荷变形分析、应力分析和振动分析等，并对分析结果进行对比和评估。
3. 基于遗传算法的优化分析选取适宜的优化算法，如遗传算法等，对空间桁架的重量和强度进行优化，使其达到最佳的设计效果。
通过对比不同的优化参数组合，得到同时满足强度和重量最小的空间桁架优化设计。
四、进度安排第一阶段：研究空间桁架建模方法，完成有限元分析；第二阶段：研究遗传算法并实现优化分析；第三阶段：对结果进行分析和评估，并撰写毕业论文。
五、预期结果通过本研究，预期达到以下目标：1. 实现ANSYS建模和优化算法的应用；2. 对空间桁架结构的强度和重量进行优化，得到最优设计方案；3. 丰富空间工程领域的设计优化方法。
ANSYS三杆桁架的优化设计例子
三杆桁架的优化设计问题描述如图所示为一个具有三根杆组成的桁架结构，它承受纵向和横向载荷，载荷值F=200000N，求该桁架的最小重量。
结构的初始设计为109.10磅。
默认允差（由程序计算）为初始重量的1%（11磅）。
但是，为了便于收敛，一阶方法的优化分析中将目标函数的允差定为2.0.已知桁架的材料特性为：E=2.1E6psi;RHO=2.85E-4 lb/in^3(比重)；最大需用应力=400psi；分析中使用如下集合特性：横截面面积变化范围=1-1000in^2（初始值为1000）；基本尺寸B变化范围=400-1000in （初始值为1000）根据分析问题的性质，选择三根杆的横截面积A1、A2、A3以及基本尺寸B为设计变量，状态变量为杆内的应力值，目标函数为桁架的最小重量，综上所述，该问题的优化数学模型为：[][]inf()1,2,3,41,2,3, :11000,1,2,340010000m ax()400,1,2,3jM xX x x x x A A A B st Ai iBjσ⎧⎪==⎪⎪≤≤=⎨⎪≤≤⎪≤≤=⎪⎩2前处理（1）定义工作文件名：utility menu-file-change jobname，在弹出的change jobname对话框中输入文件名为truss单击ok按钮。
（2）定义工作标题：utility menu-file-change tile，在弹出的change tile对话框中输入the optimization of a three-bar truss,单击ok按钮。
（3）关闭坐标符号的显示：utility menu-plotctrls-window controls-window options命令，弹出window options对话框。
在location of triad下拉式选择no shown，单击ok按钮。
（4）定义参数的初始值：utility menu-parameters-scalar parameters命令，弹出对话框，在selection下的文本框中输入b=1000，按下enter键；A1=1000, 按下enter键；A2=1000, 按下enter键；A3=1000, 单击ok按钮。
ANSYS结构拓扑优化设计方案
图1.微结构的单胞(单位细胞)微结构单胞的密度为（1）均匀化方法的数学模型为：（2）约束条件为：（3）（4）（5）（6）（7）gs8 （8）式中：η--微结构单胞的密度l(u)--结构柔顺度l(v)--结构所受到的等效体积力和边界载荷在虚位移v上所作的虚功p、t--结构所受到的等效体积力和边界载荷u--节点位移v--节点的虚位移εij(u)--由于节点位移u引起的应变εkl(v)--由于节点虚位移v引起的虚应变Eijkl(a)--假设的材料特性，与密度η及实际使用材料的材料特性E0有关E0--实际使用材料的材料特性α--待定系数V--结构初始体积Ω--表示在有体积力作用的体积域上积分Г--表示在有面积力作用的边界域上进行积分在上述模型中，式（2）以结构的总柔顺性最小作为优化目标，以微结构的单胞尺寸a为优化设计变量；约束条件（3）根据虚功原理，以结构的静力平衡作为约束条件；约束条件（4）考虑到优化后的体积一定不大于初始体积，约束条件(5)假设了材料特性与密度的关系。
三、客车车身有限元分析车身骨架作为客车的关键总成，其结构必须有足够的强度和静刚度以保证其疲劳寿命、装配和使用的要求，同时还应有合理的动态特性以达到控制振动与噪声的目的。
应用实践证明[5]，用有限元法对车身结构进行分析，可在设计图纸变成产品前就对其刚度、强度、固有频率及振型等有充分认识，以了解车身的应力和变形情况，对不足之处及时改进，使产品在设计阶段就可保证满足使用要求，从而缩短设计实验周期，节省大量的实验和生产费用，它是提高产品可靠性既经济又适用的方法之一。
3.1有限元模型的生成几何模型是有限元模型的基础。
本文使用Unigraphics软件系统，根据车身骨架结构的AutoCAD二维设计图纸，建立其三维空间几何模型，用自行编制的接口程序将模型导入ANSYS。
导入后的几何模型，还需要做一些必要的修改才能划分网格。
为了对建成的有限元模型进行检查，将该模型在悬架装配部位的节点约束后，分别给三个坐标轴方向以一定加速度，检查梁之间的连接情况，并进行修改。
如何利用ANSYS进行拓扑优化(转)
如何利用ANSYS进行拓扑优化前言就目前而言，利用有限元进行优化主要分成两个阶段：（1）进行拓扑优化，明确零件最佳的外形、刚度、体积，或者合理的固有频率，主要目的是确定优化的方向；（2）进行尺寸优化，主要目的是确定优化后的的零件具体尺寸值，通常是在完成拓扑优化之后，再执行尺寸优化。
在ANSYS中，利用拓扑优化，可以完成以下两个目的：（1）在特定载荷和约束的条件下，确定零件的最佳外形，或者最小的体积（或者质量）；（2）利用拓扑优化，使零件达到需要的固有频率，避免在使用过程中产生共振等不利影响。
本文主要就在ANSYS环境中如何执行拓扑优化进行说明。
1、利用ANSYS进行拓扑优化的过程在ANSYS中，执行优化，通常分为以下6个步骤：定义需要求解的结构问题选择合理的优化单元类型设定优化和非优化的区域定义载荷步或者需要提取的频率对优化过程进行定义和控制计算并查看结果1.1、定义需要求解的结构问题对于结构进行优化分析，定义结构的物理特性必不可少，例如，需要定义结构的杨氏模量、泊松比（其值在0.1～0.4之间）、密度等相关的结构特性方面的信息，以供结构计算能够正常执行下去。
1.2、选择合理的优化单元类型在ANSYS中，不是所有的单元类型都可以执行优化的，必须满足如下的规定：（1）2D平面单元：PLANE82单元和PLANE183单元；（2）3D实体单元：SOLID92单元和SOLID95单元；（3）壳单元：SHELL93单元。
上述单元的特性在帮助文件中有详细的说明，同时对于2D单元，应使用平面应力或者轴对称的单元选项。
1.3、指定优化和非优化的区域在ANSYS中规定，单元类型编号为1的单元，才执行优化计算；否则，就不执行优化计算。
例如，对于结构分析中，对于不能去除的部分区域将单元类型编号设定为≥2，就可以不执行优化计算，请见下面的代码片段：…………Et,1,solid92Et,2,solid92……Type,1Vsel,s,num,,1,2Vmesh,all……Type,2Vsel,s,num,,3Vmesh,all…………说明：上述代码片段定义相同的单元类型（solid92），但编号分别为1和2，并将单元类型编号1利用网格划分分配给了1＃体和2＃体，从而对其进行优化计算；而单元编号为2利用网格划分分配给了3＃体，从而不执行优化计算。
基于ANSYS的结构拓扑优化
ａ ｃ ｒ ｇ ｓ ｉ ｖ ｓｉ ａｅ ． ｔ ｒ ｔ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ｆ ａｌ ｋ ｎ ｓ ｏ ｔ ｏ ｓ ｏ ｏ ｏｏ ｉ ａ ｏ ｔ ｚ ｉ ｎ， ｈ ｔｅ ｔ ａ ｄ ｌｔ ａ ｎ ｔ ｒ ｈ ｂ ｉ ｅ ｗａ ｎ ｅ ｔ ｔｄ Ａｆ ｈ ｎ ｌ ｓｓ ｌ ｉ ｄ ｆ ｍｅｈ ｄ ｆ ｔｐ ｌｇ ｃ ｌ ｐ ｉ ａ ｔ ｄ ｇ ｅ ｏ ｍｉ ｏ ｔ ｅ ｍａｈ ｍａｉ ｌ ｍｏ ｅ ｈ ｔ ｕ ｉ ｃ
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（ ａ ｈｎ ｒ Ｅ ｇ ｅｒ ｇＳｕ ｉ， ｈｊ ｎ ｎｖｒｉ ｆ ｅ ｈ ｏｏｙ Ｈａ ｇｈ ｕ３ ０ １ ， ｈｎ ） Ｍ ｃ ｉｅｙ ｎ ｉ ｅｉ ｔｄｏ Ｚ ｅｉ ｇＵ ｉ ｓｙｏ ｃ ｎ ｌ ， ｎ ｚ ｏ １ ０ ４ Ｃ ｉａ ｎ ｎ ａ ｅ ｔ Ｔ ｇ
ｌ ｅｙ ｔ ｈ ｉｙ ｌ ａ ｎ ｌ ｐ ｅ ａ ｃ ｒｄ ｅ ｉ ｅ ｌ ｙ ｈ ｅ ｕ ｔ ｎ ｉａｅ ｔａ ｈ ｔ ｏ ｓ ｃ ｒｅ ｔ ａ ｄ ｅｆ ｃｉ ｅ ｉ ｈ ｓ ａ ｉ ｌ ｏ ｔ ｅ ｂ ｃ ｃ ｅ Ｌ ｍｅ ａ ｄ ｍｕ ｔ ｌ ｒ ｈ ｂ ｇ ｎ ｒ ａ ｉ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔ ｔ ｅ ｍｅｈ ｄ ｉ ｏ ｒ ｃ ｎ ｆ ｔ ， ｔ ａ ｋ ｉ ｉ ｔ ｓ ｅ ｖ
ansys workbench拓扑优化实例
ansys workbench拓扑优化实例摘要：I.引言- 介绍ANSYS Workbench- 介绍拓扑优化II.ANSYS Workbench 拓扑优化实例- 实例一：某汽车零件拓扑优化- 背景介绍- 优化目标- 优化过程- 优化结果- 实例二：某飞机结构拓扑优化- 背景介绍- 优化目标- 优化过程- 优化结果III.拓扑优化在工程中的应用- 提高材料利用率- 减轻结构重量- 提高结构性能IV.总结- 总结ANSYS Workbench 拓扑优化实例- 展望拓扑优化在未来的发展正文：I.引言ANSYS Workbench 是一款集成的多物理场仿真工具，可以帮助工程师进行结构、热、流体、电磁等多种物理场的仿真分析。
在结构设计中，拓扑优化是一种重要的设计方法，可以有效地提高材料利用率、减轻结构重量、提高结构性能。
本文将通过两个实例，介绍如何在ANSYS Workbench 中进行拓扑优化分析。
II.ANSYS Workbench 拓扑优化实例实例一：某汽车零件拓扑优化背景介绍：在汽车制造领域，工程师们经常需要设计轻量化的零件，以提高汽车性能、降低油耗。
针对某汽车零件，我们需要在保持其功能不变的前提下，进行拓扑优化，以减轻其重量。
优化目标：在满足零件强度、刚度、耐疲劳等性能要求的前提下，降低零件重量。
优化过程：1.使用ANSYS DesignModeler 绘制零件的三维模型，并导出为IGS 格式文件。
2.在ANSYS Workbench 中，创建一个新的结构分析项目，并将模型导入到Workbench 中。
3.定义零件的材料属性、边界条件、载荷等。
4.运行拓扑优化分析，设置优化目标（如最小化零件质量）和约束条件（如保持零件的几何形状不变）。
5.查看优化结果，并使用DesignModeler 对优化后的零件进行可视化展示。
优化结果：经过拓扑优化，零件的质量减轻了约20%，同时保持了原有的强度、刚度和耐疲劳性能。
ANSYS软件在桁架结构优化设计中的应用
Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软 件 在 桁 架 结 构 优 化 设 计 中 的 应 用
张
（ １ ． ２ ４ １ １ ０ ０）
２ ４ ３ ０ ０ ０； ２ ． 芜 湖县重 点工程建设管理 局， 安徽 芜湖
摘
要： 以一个 实际桁架 为例 ， 利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件 的优化 设计模块 ， 并采 用 Ａ Ｐ Ｄ Ｌ语言 编制 用户程序 ， 在两种 不同设计 工况 下分 别
由于大多数 的常用桁架是 由比较 细长 法标 志着对优 化设计研 究进 入 了新 的 阶段。国 内学 者也 在该 领 进行结构实验的结果表明 ， 而且 承受 的荷载大 多数都是通过其 他杆件传 到节 域进行 了大量的研究 ， 如隋允康等对桁架 结构离散 变量 的优 化问 的杆件所组成 ， 这就使得桁架节点 的刚性对杆 件 内力 的影 响可 以大 大的减 题 进行 了研究 ， 通 过函数变 换找 到 了满 应力 的映射解 ， 并 结合 桁 点上 ， 小 ， 接近于铰的作 用， 结构 中所有的杆件在荷 载作用 下 ， 主要 承受 架拓扑优化特点提出了 Ｉ Ｃ Ｍ（ 独立 、 连续 、 映射 ） 方法 。随着 计
・
４ ０・
第３ ９卷 第 ２期 ２ ０ １ ３年 １月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖ０ｌ ＿ ３ ９ Ｎｏ ． ２
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ３
文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ４ ０ — ０ ２
实 际受力 情况 复杂 ， 要对 它们进 行 要求 ； 桁架结构 的优 化设 计思 想从 ＭＩ Ｃ Ｈ Ｅ Ｌ Ｌ 桁 架理 论 的 出现 及所用 的材料是多种 多样 的 ， 精确 的分析是 困难 的。但根据 对桁架 的实 际工作 情况 和对桁 架 至今 已有近百年历史 ， Ｂ Ｅ Ｎ Ｄ Ｓ Ｏ Ｅ等 提 出的 多工况 拓扑 优化 方
基于ANSYS的桁架等截面优化设计
基于ANSYS的桁架等截面优化设计摘要:在对工程上常用的三杆桁架结构的设计中，利用大型有限元分桁软件ANSYS对该结构进行了等截面优化分桁，得到了最合理的结构形式和尺寸，在满足工程要求的情况下，节省了大量的工程材料。
关键词:三杆桁架；等截面；优化设计；ANSYS1 引言桁架结构由于具有自重轻、造价较低和施工简单等诸多优点，在包括大型工业厂房在内的工程领域得到了广泛的应用[1].随着对设计质量要求的不断提高，人们一直在探索如何在保证桁架结构安全的前提下，减少材料用量，降低成本，以满足经济性的要求;桁架结构的优化设计思想从MICHELL [2]桁架理论的出现至今已有近百年历史，BENDSOE等[3]提出的多工况拓扑优化方法标志着对优化设训一研究进入了新的阶段。
国内学者也在该领域进行了大量的研究，如隋允康等对桁架结构离散变量的优化问题进行了研究，通过函数变换找到了满应力的映射解，并结合桁架拓扑优化特点提出了ICM(独立、连续、映射)方法[4]。
随着计算机技术的发展，人们开始利用ANSYS等软件对工程结构进行有限元分桁和优化设计。
APDL是ANSYS参数化设计语言，它是一种通过参数化变量方式建立分桁模型的脚本语言[5-6], ANSYS提供了两种优化方法即零阶方法和一阶方法。
除此之外，用户还可以利用自己开发的优化算法替代ANSYS本身的优化方法进行优化设计。
本文利用APDL优化设计模块编制用户程序，对一个实际析架进行了结构优化。
结果表明运用ANSYS进行析架结构优化设训一可以有效提高设计质量，具有广泛的运用前景。
2 析架有限元模型的简化和假设在工程应用中，实际的析架结构形式和各杆件之间的联结以及所用的材料是多种多样的，实际受力情况复杂，要对它们进行精确的分析是困难的。
但根据对析架的实际工作情况和对析架进行结构实验的结果表明，由于大多数的常用析架是由比较细长的杆件所组成，而且承受的荷载大多数都是通过其他杆件传到节点上，这就使得析架节点的刚性对杆件内力的影响可以大大的减小，接近于铰的作用，结构中所有的杆件在荷载作用下，主要承受轴向力，而弯矩和剪力很小，可以忽略不计。
基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究共3篇
基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究共3篇基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究1基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究随着汽车行业的快速发展，越来越多的汽车制造商在车辆设计中使用有限元分析技术来优化其设计。
车架结构作为汽车的基础组件，其性能直接影响整个车辆的安全性和稳定性。
因此，基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究成为了汽车行业的热点问题。
首先，对车架结构进行有限元分析。
有限元分析是一种基于数值计算的工程分析方法，通过对车架结构进行建模、分析，可以预测车架在受力情况下的变形和应力分布，为车架结构的设计优化提供依据。
在分析过程中，需要考虑到汽车运行时架构所受的各种载荷，如重载、碰撞、悬挂等，并基于此建立合理的有限元模型，以获取准确的分析结果。
其次，在有限元分析的基础上，进行车架结构的拓扑优化。
拓扑优化是一种通过对物体表面进行材料、几何形状和边界条件的优化来减小物体质量而不牺牲其刚度或强度的过程。
在车架结构的拓扑优化中，需要变化车架结构的拓扑形状和尺寸，以达到最优的结构几何形状，并在不降低其强度和刚度的情况下降低其重量。
这些优化参数将被输入到有限元模型中，以验证优化方案的准确性和可行性。
最后，结合有限元分析和拓扑优化技术，开展实验研究。
实验研究是验证车架结构有限元分析和拓扑优化方案可行性的关键步骤。
通过对车架结构进行真实场景的测试和检验，可以检验分析结果和优化方案的准确性与可靠性，并对分析程序和拓扑优化技术进行改进和优化。
综上所述，基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析和拓扑优化技术研究是目前汽车设计领域的热点问题。
这种技术的模拟和验证可以为车辆制造商提供更加精确、高效和经济的汽车设计方案，同时也可以促进汽车行业的发展和进步综合以上研究，基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析和拓扑优化技术是一种可行的方法。
空间桁架拓扑优化设计应用研究的开题报告
空间桁架拓扑优化设计应用研究的开题报告一、研究背景空间桁架是一种轻型高强度结构，广泛应用于航天、航空和建筑工程等领域。
传统的空间桁架设计往往是基于经验和直觉，难以充分利用现代计算机技术和优化算法，导致设计效率低下和结构性能不理想。
因此，采用拓扑优化设计方法对空间桁架进行优化设计成为了一个重要的研究方向。
二、研究目的本研究旨在探究基于拓扑优化设计方法的空间桁架优化设计，以提高空间桁架的结构性能和设计效率。
具体目标如下：1. 分析空间桁架的力学特性和设计要求。
2. 研究拓扑优化算法的原理和计算方法。
3. 基于拓扑优化算法开发空间桁架拓扑优化设计软件。
4. 对比分析传统设计和拓扑优化设计的优缺点，验证拓扑优化设计的有效性。
三、研究内容本研究的主要内容包括以下几个方面：1. 空间桁架的力学特性和设计要求：阐述空间桁架结构的构造和力学特性，并分析其设计要求。
2. 拓扑优化算法的原理和计算方法：介绍拓扑优化算法的原理和基本流程，并阐述其在空间桁架设计中的应用。
3. 空间桁架拓扑优化设计软件开发：基于Matlab和ANSYS等软件平台，开发适用于空间桁架拓扑优化设计的软件，并设计和实现相应的算法流程。
4. 优化设计结果分析：对比传统设计和拓扑优化设计的结果，分析其优缺点，并对拓扑优化设计结果进行验证和优化。
四、研究意义空间桁架拓扑优化设计方法可以有效提高空间桁架的结构性能和设计效率，具有重要的应用价值和研究意义。
本研究的结果有以下几个方面的意义：1. 推动空间桁架优化设计的发展，提高空间桁架的设计效率和结构性能。
2. 拓展了拓扑优化算法在结构设计中的应用范围，推动了优化算法在工程领域的发展。
3. 对建筑和工程领域的绿色设计和节能减排具有积极推动作用。
五、研究过程和计划1. 文献阅读和综述撰写（2周）2. 空间桁架力学特性与设计要求的分析与研究（3周）3. 拓扑优化算法的原理和计算方法研究（4周）4. 空间桁架拓扑优化设计软件开发（8周）5. 优化设计结果分析与验证（3周）6. 论文撰写及答辩准备（4周）六、预期成果1. 研究论文：综述空间桁架拓扑优化设计方法的原理和应用，总结结论和成果。
基于ANSYS结构拓扑优化的零件设计
基于ANSYS结构拓扑优化的零件设计摘要：传统的机械零部件设计往往是根据已有的或相似的机械结构进行仿制设计，没有实现真正意义上的“结构设计”，并且所设计的机构形式很大程度上受到设计者的经验影响，没有建立在全面的理论分析基础之上，具有极大的设计主观性。
而结构拓扑优化是在满足约束条件（通常为体积分数）和目标函数（通常为结构刚度）的条件下，实现结构设计区域之内材料的最优分布，可以为结构设计人员提供具有理论意义的设计指导与设计思路。
本文基于ANSYS经典界面通过APDL命令流的方式，实现结构建模及优化分析，并列举几个简单算例来说明ANSYS结构拓扑优化辅助结构设计的一般过程。
关键词：ANSY; 拓扑优化；零件设计；APDL命令流0引言目前，上用的有限元分析软件琳琅满目，各有特点，ANSYS作为主流的有限元分析软件一直在不断的更新进步，虽然ANSYS经典界面下的人机交互界面一直被人们所诟病，但是其强大的APDL命令流功能是其它商用有限元分析软件所无法取代的，通过APDL命令流进行的分析过程，能够快速实现的参数化设计，自动建模，自动施加约束与求解，对于只需得到分析结果的设计人员来说无疑是极其有利的。
虽然随着ANSYS商用软件的发展，经典界面中的人机交互的拓扑优化模块已经转移到Workbench中，但是通过命令流仍然可以在经典界面下实现优化分析。
1.ANSYS经典界面下拓扑优化分析的一般步骤及注意事项1.1 一般分析步骤（1）确定需分析的模型，对模型进行适当简化，简化模型不但可以得到高质量的网格还能提高分析效率与精度；（2）确定设计区域与非设计区域，设计区域为拓扑优化过程中材料变化的区域，而非设计区域为结构设计过程中确定必须保留的结构；（3）利用APDL命令流建立有限元模型，划分网格，施加约束，利用APDL 命令流进行拓扑优化分析；（4）根据分析结果提供的设计思路进行后续设计。
1.2 注意事项（1）ANSYS中提供了极其丰富的单元类型，对应于不同的分析类型，其中针对拓扑优化的单元类型为：平面单元：PLANE82和PLANE183；实体单元：SOLID92和SOLID95；（2）为了区分设计区域与非设计区域，ANSYS默认单元类型编号为1的单元对应的区域为设计区域，其他编号的为非设计区域。
基于ANSYS的空间网架结构优化设计
基于ANSYS的空间网架结构优化设计吴少云【摘要】采用大型通用有限元分析软件ANSYS对斜放四角锥网架进行优化设计,以网架结构的杆件直径为设计变量,以网架的强度、刚度、稳定性为约束条件,以网架结构的总质量为目标函数.分别采用ANSYS提供的三种常用的优化方法进行优化设计,对比这三种优化的结果,得出一阶方法算法原理简单,收敛速度快,能在保证安全的基础上降低工程造价,取得较好的优化设计结果.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2016(038)005【总页数】3页(P76-78)【关键词】空间网架;优化设计;设计变量;优化方法【作者】吴少云【作者单位】同济大学土木工程学院建筑工程系,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU393.3网架结构是由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。
具有空间受力小、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点。
广泛应用于体育馆、影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、双向大柱距车间等建筑的屋盖。
工程结构设计可分为传统设计和优化设计，而传统设计是需要结构工程师凭借自身的理论知识和工程经验进行概念设计、方案选择、结构体系选择、截面尺寸选择、材料选择并多次进行结构分析和校核，直到既满足安全性又满足经济性为止。
而对于优化设计，则是根据既定的结构体系、荷载工况、材料和规范所规定的各种约束条件(例如构件容许的强度、刚度、稳定性、尺寸等)，提出优化的数学模型(目标函数、约束条件和设计变量)，其模式是根据优化设计的理论和方法求解优化模型，即进行结构分析、优化设计、再分析、再优化，反复进行，直到收敛为止，只有这种设计才能使材料分布达到合理的状态，从而使设计达到经济性与安全性的要求[1]。
通用有限元软件ANSYS在国内外工程建设和科学研究中已经得到了广泛的应用。
目前网架结构的优化设计一般要借助ANSYS的分析结果， ANSYS中的优化方法是基于连续变量的，这样就不会漏掉满足约束条件的理论最优解，但是作为实际工程结构，必须符合相关的设计规范，网架的杆件是采用一定规格的钢管，只能采用最接近最优解的截面形式。
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Ｕ ＭＥ ， 它既可作为 目标 函数 ， 也可以用于约束条件 。本文 定义 目标 函数 为 ＭＣ Ｏ ＭＰ ， ｖ ０ ＵＭＥ 减 少６ ０ ％为约束条件， 定义 目标函数和约束条件的命令
流如下：
’ Ｉ ‘ ＯＣ０Ｍ Ｐ， Ｍ ＣＯＭＰ， Ｍ Ｕ Ｉ ’ Ｉ Ｐ ＬＥ， ４ １
定义多柔度作为拓扑优化函数ＭＣ Ｏ ＭＰ
计方法对 于保证空 间桁架结构的施工质量 ， 提 高桁架结构的稳定性与安全 性来讲都有着很重要的意义。 而在对空间桁架结构设计进行优化时 ， 常常采 用Ａ Ｎ Ｓ Ｙ ｓ 软件来对结构进行有 限元分析和计算 ， 通过Ａ Ｎ ｓ Ｙ ｓ 软件的强大计 算功能来实现设计最优化的 目的。 所谓实现设计最优化， 就是指在确保结构 的安全的前提下 ， 尽可能的减 少材料的使用量， 降低工程成本。 以达到最经 济合理的设计方案 。这对于实现节能建筑理念和可持续发展理念在空间桁 架结构中的有效运用是有着关键作用的 。 因此 ， 对空间桁架结构 的设计进行 拓扑优化处理是非常有必要的。 ２ 、 建立空 间桁架结构拓扑优化设计模型 Ａ Ｎ ｓ Ｙ Ｓ 拓扑优化功能可 以用 于求得最优 结构 ， 以获得 最大刚度 、 最小 体积或最 大 自 振频率 。拓扑优化 的原理是在满足 结构体积减小量的条件下 使结构的柔度极小化 ， 极小化 的结构柔度实际就是要求结构的刚度最大化 ， 优化过程是通过 自 动改变设计变量 ， 即单元伪密度来实现的 单元伪密度为 Ｏ 的材料为可 以删除的部分 ， 单元伪密度 为ｌ 的材料为保留的部分 。 Ａ ＮＳ ＹＳ 拓扑优化功能 。模型 中只 能有 下列单元类 型：二维平面 单元 Ｐ Ｌ Ａ ＮＥ ２ 和Ｐ Ｉ ． Ａ Ｎ Ｅ８ ２ ， 用于平 面应力或轴对称 问题 ； 三维块单 元Ｓ Ｏ ｕ Ｄ９ ２ 和 Ｓ ＯＬ Ｉ Ｄ９ ５ ； 壳单元Ｓ ＨＥ Ｌ Ｌ９ ３ 。 而在本文研 究中的空间桁架结构总体尺寸较大，为５ ．８ ｍｘ ５ ．８ ｍｘ ２ ５ Ｉ Ｔ Ｉ ， 且作用 力都集 中在结构的外表面 。若采用三维 实体单元， 尽管建模简 单， 但计 算量大且对机器配置要求高 ， 故采用壳单元Ｓ Ｈ Ｅ Ｌ Ｌ ９ ３ 。 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 程序只对单元类型编号等于１ 的单元网格进行拓扑优化，对于 单元类型编 号等 于或大于２ 的单元 网格部分不进行拓扑优化 所以， 在划分 模型网格时， 必须确保拓扑优化的区域 的单元类型编号为ｌ 。 优化模型根据 与其连接部分结构尺寸条件建立，臂架结构顶部采用板 结构焊接形式 ， 本文将确定其为非优 化区域， 板 厚为２ ０ ｍ ｍ， 优 化区域是由３ 个 面组成 的空间三维连续体结构 ， 板厚为３ ０ ｍ ｍ。 结构顶部前端垂直载荷４ ０ ｔ ， 结构 仰角 ： ８ １ 度。 ３ 、 空间桁架结构 的拓扑优 化及其优化结果 在建立 了相应的优化模 型之后 ，我们对臂架底部铰接的空间桁架结构 设计方案 ， 通过线性结构静力分析的手段对其开展了拓扑优化 。 现将拓扑优 化的具体过程以及结果分析分别描述如下 ， 以供参考 。 ３ ． １ 空间桁架结构的拓扑优化过程 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 程序提供 了１ 个专 门用 于预定义总体积 的拓扑 函数 ，Ｈ Ｐ Ｖ Ｏ Ｌ ．
ＴｏＶＡＲ， Ｍ Ｃ０Ｍ Ｐ， ｏＢＪ！
路桥梁、 水利工程、 工业机械等多个领域 。而在实际的工程应用中 ， 如果能够对空间桁架结构进行进一步 的优化设计 ， 就能够更好 的实现 大跨度空间结构 的效果， 并且也可 以节省旌工材料和成本 ， 实现经济节 能的建筑设计 方案。本文中 ， 笔者就 以基 于Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 的拓 扑优化 的方式来对 空间桁 架结构设计 的优
科 学 论 坛
科学与财富
试论基 于 Ａ ＮＳ ＹＳ的空 间桁架 结构拓扑优化 设计
吴 松 义
（ 天津 华汇工程建筑 设计有限公司 天津 ３ ０ ０ ３ ８ ４ ） ）
摘 要： 随着大跨度 的建筑结构 设计形 式应用越来越广泛 ， 空 间结构 的设计方 式在 不断的实践中得到了很大的发展。由于空间桁架 结构在应用 中具 有多种优 良特点 ， 如质轻、 刚性大 、 成本较低 ， 更重要的是施工较 为简便， 因而在现代社会 发展中的多项工程 中都有着极为广泛 的应用 ， 包括航空航天 、 公
化进行探讨 。 关键词 ： Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 软件 ； 空间桁架结构； 拓扑优化； 设计方案
就 目前的建筑技术而言，空间桁架结构的优化设计一般都是采用拓扑 优化或者采用尺寸优化 本文中主要论述 了采用拓扑优化 的设计方法， 。 所 谓拓扑优化 ， 也可 以称之为轮廓优化 ， 再往广 义范围里讲， 也可 以称之 为形 状优化 拓扑优化大概 可以分为离散体与连续体两种形式 ， 但在实际的使用 中， 一般都是采用离散体的拓 扑优化方法。 这种优化方法表现在现代建筑的 空间桁架结构中， 主要是通过相 关测量和调查， 以掌握每个杆件之间的距离 大小 ， 然后再使用通过拓扑优化 的方法来确认是否有杆件的存在。 而对于连 续体的方法来讲 ，现有的技术水平 已经能够通过一定的软件技术来分 析边 界等基础信息， 以得 出最优的设计方案 ， 这种技术 的发展对于空间桁架 结构 的初期设计有着重大的意义。 以下本文就以连续体的拓扑优化方式 ， 通过采 用Ａ Ｎ ｓ Ｙ Ｓ 软件来对空间桁架结构 的设计进行优化处理 。 １ 、 分析空 间桁架 结构拓扑优化设计的意义 空间桁架结构作为大跨度建筑 结构设计中较 常采用 的结构形式，其具 有材质轻 、 施工简便 以及通透性好 等特点， 在体育馆 、 海洋馆等有着大 跨度 要求的建筑 结构 中有着广泛的应用 ， 因此提高其结构设计水平、 优化结构设