ANSYS在立式加工中心结构优化设计中的应用

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UG和ANSYS软件在结构分析及优化设计中的应用

UG 和ANSYS 软件在结构分析及优化设计中的应用王东梅何清瑞吉林大学 dm_wang@[摘要]本文利用大型设计和分析软件UG 和ANSYS 建立了轻型客车车身的几何模型和有限元模型，对客车车身侧围两种骨架结构方案进行了强度，刚度和模态分析与对比。

最后以减轻车身自重为目标对车身结构进行了优化和灵敏度分析。

为客车车身的改进设计提供了帮助。

[关键词] 客车车身结构强度刚度有限元分析结构优化轻量化1 前言实例客车是国内某客车企业新开发的一种中型客车。

它采用了一汽客车底盘厂制造的专业客车底盘，开发了非承载骨架结构车身，整车造型优美，乘坐舒适。

为了使该型客车车身最大限度地满足强度刚度可靠性要求[1-4]，同时使车身的材料得到更充分的利用，即尽量降低车体自重，采用有限元和优化设计理论和试验相结合的方法对车身结构的强度、刚度及整车的承载性能进行综合分析是非常有意义的。

它可以提供设计人员有关的结构参数的影响因素，提高设计可信度，从而加速新产品定型。

本文的有限元分析主要内容包括：1)实例客车及改型车身(去掉侧围腰梁部位的若干斜撑)两种车体结构承载能力（强度、刚度）的变化；2) 实例客车与改型车身的振动频率的变化；3）以降低车重为目标对车身的结构参数的优化和灵敏度分析，提出减重的目标和措施。

2 有限元模型及计算在建立车身有限元模型时，首先在UG 软件上建立车身的几何模型，并利用PATRAN 中面向ANSYS 软件的有限元前处理功能划分有限元网格，使用软件ANSYS 的弹性4节点壳单元SHELL63、弹性3点梁单元BEAM4和弹簧元COMBIN14对整个客车进行离散化，共用SHELL63单元44930个，BEAM4单元44个，弹簧元4个。

在所建的有限元模型中，反映了车身各构件的真实厚度。

在分析时所用到的材料及其力学主要参数为,材料Q235;弹性模量（pa ）2.06E11;密度（kg/m 3）7.85E3;泊松比0.3屈服极限（Mpa ）295。

学会使用AnsysWorkbench进行有限元分析和结构优化

学会使用AnsysWorkbench进行有限元分析和结构优化Chapter 1: Introduction to Ansys WorkbenchAnsys Workbench是一款广泛应用于工程领域的有限元分析和结构优化软件。

它的功能强大，能够帮助工程师在设计过程中进行力学性能预测、应力分析以及结构优化等工作。

本章节将介绍Ansys Workbench的基本概念和工作流程。

1.1 Ansys Workbench的概述Ansys Workbench是由Ansys公司开发的一套工程分析软件，主要用于有限元分析和结构优化。

它集成了各种各样的工具和模块，使得用户可以在一个平台上进行多种分析任务，如结构分析、热分析、电磁分析等。

1.2 Ansys Workbench的工作流程Ansys Workbench的工作流程通常包括几个基本步骤：（1）几何建模：通过Ansys的几何建模功能，用户可以创建出需要分析的结构的几何模型。

（2）加载和边界条件：在这一步骤中，用户需要为结构定义外部加载和边界条件，如施加的力、约束和材料特性等。

（3）网格生成：网格生成是有限元分析的一个关键步骤。

在这一步骤中，Ansys Workbench会将几何模型离散化为有限元网格，以便进行分析计算。

（4）材料属性和模型：用户需要为分析定义合适的材料属性，如弹性模量、泊松比等。

此外，用户还可以选择适合的分析模型，如静力学、动力学等。

（5）求解器设置：在这一步骤中，用户需要选择适当的求解器和设置求解参数，以便进行分析计算。

（6）结果后处理：在完成分析计算后，用户可以对计算结果进行后处理，如产生应力、位移和变形等结果图表。

Chapter 2: Finite Element Analysis with Ansys Workbench本章将介绍如何使用Ansys Workbench进行有限元分析。

我们将通过一个简单的示例，演示有限元分析的基本步骤和方法。

ANSYS在结构分析中的应用及与CAD的连接

1、设置激励源：根据工程实际情况，确定引起结构振动的外部激励，如风载、地震作用等；
2、设定测量点：确定用于监测振动的位置或节点；
3、选择求解器：选择适合求解该问题的求解器，如直接求解器、模态求解器等；
4、进行求解：设置相关参数，如求解时间、时间步长等，并启动求解过程；
5、结果后处理：当求解完成后，ANSYS将生成一系列结果文件，包括位移、速度、加速度等响应数据。这些数据可通过后处理模块进行可视化处理和分析。
建模
在ANSYS软件中进行机械结构分析，首先需要对结构进行建模。ANSYS提供了多种建模方法，包括实体建模、线建模、面建模等。在实体建模中，用户可以通过拉伸、旋转、扫略等操作创建三维实体模型。对于复杂的三维模型， ANSYS还提供了自适应网格划分功能，可以根据模型形状自动划分出高质量的网格。此外，ANSYS还支持直接导入CAD模型，方便用户快速进行结构分析和优化。
分析流程
ANSYS软件中的机械结构分析流程一般包括前处理、分析计算和后处理三个阶段。
前处理阶段主要是建立有限元模型，包括定义材料属性、设置接触条件、定义载荷和边界条件等。在定义材料属性时，ANSYS提供了丰富的材料库，用户可以根据实际需要选择相应的材料模型。
在设置接触条件时，需要确定各个部件之间的接触关系以及摩擦系数等参数。在定义载荷和边界条件时，需要考虑各种外力、约束等对结构的影响。
4、电子设备：ANSYS可以分析手机、电脑等电子设备的结构和热性能，以提高其可靠性和稳定性。
4、电子设备：ANSYS可以分析手机、电脑等电子设备的结构和热性能
1、几何建模：首先在ANSYS中创建桥梁的几何模型，该模型包括桥墩、桥面、钢筋等组成部分。
2、材料定义：为桥梁的各个部分设定材料属性，如混凝土的弹性模量和泊松比等。

ANSYS优化技术在零件结构设计中的应用

ANS Y S 优化技术在零件结构设计中的应用3韩维涛,张亚新(新疆大学化学化工学院,新疆乌鲁木齐　830008)摘　要:通过利用ANSYS 有限元优化分析功能对承压齿盘结构进行优化分析,证明用ANSYS 优化分析功能实现结构优化分析的可行性,从而为其它复杂结构的优化分析提供了新的方法和依据。

关键词:优化设计;ANSYS;齿盘;AP DL;目标函数中图分类号:T H122 文献标识码:A 文章编号:1007-4414(2005)06-0092-03 应用有限元方法进行优化设计可以通过自行编制有限元程序或采用通用的有限元分析软件来进行[1]。

笔者正是用有限元分析软件ANSYS 中的AP DL 设计语言对承压齿盘部件进行优化设计。

1　ANS Y S 软件简介ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体,以有限元分析为基础的大型通用C AE 软件,已广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、航空航天、汽车交通、电子、土木工程、水利、铁道、日用家电等一般工业及科学研究。

软件主要包括3部分[2]:前处理模块、分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供一个强大的实体建模及网格划分工具,用户可方便地构造有限元模型;分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析及多物理场的耦合分析。

它含有参数化设计语言———AP DL,该语言用建立智能分析的手段为用户提供自动完成有限元分析过程的功能。

AP 2DL 允许复杂的数据输入,使用户对任何设计或分析属性有控制权,例如尺寸、材料、载荷、约束位置和网格密度等。

AP DL 扩展了传统有限元分析范围之外的能力,并扩充了更高级运算,包括灵敏度研究、零件参数化建模、设计修改及优化设计[3]。

2　ANS Y S 的优化方法及收敛准则ANSYS 优化模块中有2种优化方法:第1种是通用的函数逼近优化方法,其本质采用最小二乘法逼近,求取一个函数面来拟合解空间,然后对该函数面求极值。

简析ANSYS软件在机械结构分析中的运用

简析ANSYS软件在机械结构分析中的运用摘要：在目前的工程实践工程中，往往需要用的一种实用的分析技术——机械结构分析技术。

而在计进行算机平台进行机械结构分析时，有一款具有强大分析功能的软件，即ANSYS。

它在大型有限元进行分析时拥有自己的擅长之处，可以提供强大的后台支持。

通过ANSYS在实际工程实践的过程中，对几个典型例子的揣摩，详细地总结出了该软件在结构分析时的基本原理与仿真的建立过程。

以此为基础对该软件的推广与发展趋势进行了预测。

本文阐述了ANSYS软件的概述，和浅议了ANSYS软件运用在机械结构设计中的意义，并介绍了ANSYS软件在机械结构设计分析中的应用以及发展趋势。

关键词：ANSYS软件；机械结构；运用引言：随着计算机的快速发展，不断创新和开发出了许多分析仿真模拟软件，同时，也带动了结构优化技术的完善，为机械设计的结构化研究注入了新的力量。

ANSYS结构优化技术软件是这些新力量中的优化软件之一，它可以更有效、快速地分析编制程序中的有效数据，进而提高了在机械设计求解中的正确性和效率。

一、ANSYS软件的概述ANSYS结构优化软件是一款集合了声场分析、流体分析、磁场分析、电场分析和结构分析的软件，它是一款大型CAE通用软件，以有限元分析作为其基础条件。

通过对被分析实体的仿真，得到一个虚拟的模型之后，再对这个整体进行拆分，分出有限个相互独立但是又有关联的单元。

将完整个体看作是在节点处相关联的一组单元的集合体，然后再通过软件对进行节点之间进行关联函数的编写，将自由的单个个体链接起来，再次形成一个新的整体。

这个步骤完成之后，可以独立的对单元进行分析，然后汇总所有单元的力学、几何结果，得到整个问题的模拟解决方案。

然后对抽象的函数结果进行解读，就可以完整的得到整个问题的实际解决方案。

二、ANSYS软件运用在机械结构设计中的意义ANSYS软件作为应用有限元理论成功的大型CAE软件之一，已经渗透到各个工程领域。

基于AnsysWorkbench的立式加工中心床身有限元分析和优化设计

参考文献：
［１］李德雨．基于ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ的多层波纹管自振频率计算［Ｊ］．矿山机械，２００５，（６）：Ｐ８３－８４．
［２］王艳辉．精密机床床身的模态分析与结构优选［Ｊ］．机械设计与制造，２００５，（３）：Ｐ７６－７７．
第３１卷第９期２００９－０９【１３１】
由于机床机构过于复杂，采用ＷＯＲＫＢＥＮＣＨ
自动划分网格，在Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中一般不需要选取单
元类型，划分方法是ＨｅｘＤｏｍｉｎａｎｔ运用的是四面体与六面体结合的划分方式，由于在导轨处有许多无
图３机床床身１阶模态云图
法简化的小的阶梯，在这些地方采用局部的细化网
格的方法来划分，得到４４４８３个单元１３５１４４个节点。
度，应该使有限元模型尽量简化。同时建立有限元模型时，应合理选择单元类型，并在编排节点时，尽量减少相关单元的节点号差、带宽，以减少资料存储量。ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ和ＰＲＯＥ具有直接的双向接口，可以在ＰＲＯＥ中建模然后再导入ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ进行计算。１．１建立物理模型
件。通过机床主电动机功
率和机床加工工件的最大尺寸，以及主轴转速，计算机床的额定扭矩和额定力，由Ｆｘ：Ｆｙ：Ｆｚ＝０．３：０．５：１．０得到３个切削分力，计算立柱，床鞍，主轴箱等构件的重量并将上述重量均作为作用在床身上的附加质量处理，即在相应坐
快，但要求比Ｓｕｂｓｐａｃｅ法内存多大概５０％。ＢｌｏｃｋＬａｎｃｚｏｓ法采用稀疏矩阵方程求解器［２］。
床身的实际结构很复杂，有繁多的筋板、曲面、窗孔，各处厚度不相同，几何形状也多变。为了适应有限元计算，必须将其简化处理，略去许多不影响床身刚度的细微结构（如小倒角、小圆弧、小凸台等）。简化后的床身模型如图１所示。

运用ANSYSWorkbench快速优化设计

运用ANSYS Workbench快速优化设计SolidWorks是一个优秀的、应用广泛的3D设计软件，尤其在大装配体方面使用了独特的技术来优化系统性能。

本文给出几种改善SolidWorks装配体性能的方法，在相同的系统条件下，能够进步软件的可操纵性，进而进步设计效率。

众所周知，大多数3D设计软件在使用过程中都会出现这样的情况，随着装配零件数目和复杂度增加，软件对系统资源的需求就相对增加，系统的可操纵性就会下降。

造成这种状况的原因有两种：一是计算机系统硬件配置不足，二是没有公道使用装配技术。

本文对这两种情况进行分析并提出相应的解决方案。

一、计算机系统配置不足的解决方案SolidWorks使用过程中，计算机硬件配置不足是导致系统性能下降的直接原因，其中CPU、内存、显卡的影响最大。

假如计算机系统内存不足，Windows就自动启用虚拟内存，由于虚拟内?*挥谟才蹋?斐上低衬诖嬗胗才唐捣苯换皇?荩?贾孪低承阅芗本缦陆担籆 PU性能过低时，延长运算时间，导致系统响应时间过长；显卡性能不佳时引起视图更新慢，移动模型时出现停顿现象，并导致CPU占用率增加。

运行SolidWorks的计算机推荐以下配置方案：CPU：奔腾Ⅱ以上内存：小零件或装配体(少于300个特征或少于1000个零件)，内存最少为512M；大零件或装配体(大于1000个特征或2500个零件)，内存需要1G或更多；虚拟内存一般设为物理内存的2倍。

显卡：支持OpenGL的独立显卡(避免采用集成显卡)，显存最好大于64M。

对于现有的计算机，使用以下方法分析系统瓶颈，有针对性地升级计算机。

(1)在SolidWorks使用过程中启动Windows任务治理器，在性能页，假如CPU的占用率经常在100%，那么系统瓶颈就在CPU或显卡，建议升级CPU或显卡；假如系统内存大部分被占用，虚拟内存使用量又很大，操纵过程中硬盘灯频繁闪烁，这说明系统瓶颈在内存，建议扩大内存。

结构模拟软件ANSYS在工程领域中的应用

结构模拟软件ANSYS在工程领域中的应用ANSYS（Analysis System）是一种流行的结构模拟软件，被广泛应用于工程领域。

它基于有限元分析理论，提供了强大的功能和工具，用于对各种工程结构的性能进行模拟、分析和优化。

ANSYS的应用领域涵盖了机械、航空航天、电子、建筑等众多行业，为工程师们提供了重要的辅助工具，帮助他们设计更安全、更可靠和更高效的结构。

ANSYS在机械工程中的应用非常广泛。

通过使用ANSYS，工程师可以对机械结构进行静力学和动力学分析，以确定其在各种载荷下的稳定性和可靠性。

例如，汽车制造商可以使用ANSYS对车身的结构进行模拟，以确保在碰撞和其他严苛条件下的安全性能。

同时，ANSYS还可以帮助工程师优化机械结构的设计，以提高其性能和效率。

在航空航天工程中，ANSYS的应用同样是不可或缺的。

航空航天结构通常要承受极端的载荷和环境条件，必须保证其在各种情况下都能正常运行并保持无损伤。

ANSYS可以模拟和分析飞机机身、发动机、翼等部件的性能，从而帮助工程师们优化设计并提高整体效能。

此外，ANSYS还可以模拟飞行过程中的动力学和热学效应，以更好地理解和改进航空航天系统的性能。

电子行业也是ANSYS的重要应用领域之一。

在电子产品的设计和制造过程中，安全性、可靠性和性能是关键考虑因素。

ANSYS可以帮助工程师模拟和分析电子设备的热学、电磁和结构性能，预测可能的故障和问题，并提供解决方案。

例如，在手机的设计中，ANSYS可以模拟电路板的热分布，以确保设备在长时间使用或高负荷情况下不会过热，从而保证了其可靠性和用户体验。

在建筑行业中，ANSYS可以模拟和分析建筑结构的受力和变形情况。

通过使用ANSYS，工程师可以研究建筑材料在各种载荷下的性能，以确保建筑物的稳定性和耐久性。

此外，ANSYS还可以模拟自然灾害对建筑结构的影响，如地震和风暴，从而为建筑师和工程师提供有关改进设计的重要信息。

通过使用ANSYS进行结构模拟，工程师和设计师能够更好地理解和预测建筑结构的行为，从而改进设计并确保建筑物的安全性。

ANSYS结构优化技术在机械设计中的应用[权威资料]

ANSYS结构优化技术在机械设计中的应用本文档格式为WORD,感谢你的阅读。

[摘要] 机械产品的ANSYS结构优化具备交互性、高度仿真性等优点，本文借助计算机技术建立加工数字几何模型，不但能同时满足机械制造生产和精密加工的需要，对多种方案展开模拟、验证、对比和优化，并最终找到一种最优的加工方法，实现低成本、高质量的效益目的。

从活动和零件两个不同的层次，定义了机械产品ANSYS结构优化过程的配置规则，由此可以派生出不同定制产品的ANSYS结构优化过程，实现对不同类型零件资源的重用；最后，通过实例进行了验证。

[关键词] 机械制造；工艺技术； ANSYS结构优化；协同性为了在机械结构优化过程中有效重用各类零件资源，提出从设计活动的角度对机械产品ANSYS结构优化过程进行建模，并给出了结构优化过程建模的框架结构。

计算机在全球范围内的运用，推动了人力资源网络信息化系统的迅猛发展，这一阶段，信息化技术也不断成熟，其优点是可以对企业环境下的复杂人力资源条件进行综合考虑。

但随着信息技术的飞速发展，ANSYS结构优化技术逐渐渗透到现实，也使人对环境的感知建模。

如今，人力资源信息技术越来越成熟，虚拟现实技术的仿真建模，对机械产品的ANSYS结构优化的图像，人们甚至可以通过信息网络模型有身临其境的感觉，此外，随着三维属性在制造领域中的应用，先进的制造技术和固有的实时交互功能，ANSYS结构优化技术的发展起到了很大的作用，使虚拟现实技术更具有生命力的机械产品设计。

那么，采用什么样的几何设计形式才是最合理的呢？为解决这一问题，首先拟定不同的平面布置形式，然后采用 ANSYS 软件建立机械产品的三维数值分析模型，由机械节点的位移和内部应力的分布，分析不同几何布置形式下的机械耦合作用程度，从而选取合理的机械设计形式。

1 关于ANSYS结构优化技术ANSYS 是由美国 Itasca Consulting Group Inc.公司开发的三维显示有限差分程序。

基于ANSYS Workbench的立式车床回转工作台结构优化设计

基于ANSYS Workbench的立式车床回转工作台结构优化设计魏锋涛;宋俐;代媛【摘要】基于ANSYS Workbench平台,以某数控立式车床回转工作台为研究对象,利用拓扑优化和尺寸优化设计方法,对其进行了以减轻质量和提高结构刚度为目标的结构优化设计研究.分析结果表明:与原设计方案相比较,优化改进后的回转工作台质量减少了24.97％,最大变形量减小了39.8％,而且一阶固有频率也由399.9Hz 提高到474.9Hz.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】6页(P79-84)【关键词】回转工作台;ANSYS Workbench;拓扑优化;尺寸优化【作者】魏锋涛;宋俐;代媛【作者单位】西安理工大学机械与精密仪器工程学院,陕西西安710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院,陕西西安710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TH122目前，在国内外机床结构设计中，依然在广泛采用传统设计方法如经验、类比及简单的有限元分析等方法，这些方法通过与同类结构进行定性的分析和比较，然后取较大的安全系数来保证结构的可靠性。

虽然设计过程中也采取了一般的计算与试验，但结构尺寸和重量还是会增大，材料的潜能不能很好发挥，这也使机床总体结构较为笨重，不仅使性能难以提高，同时也增加了制造成本[1-2]。

回转工作台是数控立式车床的重要组成部分之一，工作台带动工件旋转构成了数控立式车床的主运动，它用以装夹并支撑工件，且其静动态特性直接影响机床的加工精度及加工效率。

在机床工作台设计中，人们总是希望在满足强度和刚度的条件下尽可能地减轻工作台的质量。

因此，对工作台进行静、动态特性分析及结构优化就显得尤为重要。

本文以某数控立式车床回转工作台为研究对象，以减轻质量和提高结构刚度为目的，结合拓扑优化以及尺寸优化设计方法，利用ANSYS Workbench平台对其进行结构优化设计。

ANSYS优化方法在结构设计中的应用

ANSYS优化方法在结构设计中的应用田旺生，杨明旺，李黎霞（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520）摘要：传统的结构设计，首先是凭借经验和判断做出结构的初始方案，包括总体布置、材料选择、结构尺寸和制造工艺等，然后进行结构分析，最后在力学分析的基础上校验其可行或不可行，必要时则进行多次方案修改。

在这样的设计程序中，结构分析只起到一种保证安全可行的校核作用。

而利用ANSYS进行优化设计分析，一次计算即可完成结构的应力和寻优计算，不但完成了结构计算，满足了设计规定的约束条件，且实现了目标最优。

本文重点介绍ANSYS软件的结构优化功能，通过APDL语言编程进行实例分析，说明优化设计在节省材料及结构设计方面的作用。

关键词：ANSYS；结构分析；优化设计；应力；位移1引言传统结构设计首先是凭经验做出结构的初始方案，然后进行力学校核，必要时进行多次方案修改，其主要缺点是重分析、重校核过程的次数太多，工作量太大而难以承受，难以找到合理的材料分布，不易做出较理想的既经济又安全的设计方案，所以说传统结构设计已难以满足工程的需要。

优化设计方法是现代设计方法的一种，是一种寻找结构最优设计方案的技术，所谓“优化设计”，指的是一种方案在满足所有设计要求的条件下所需的支出（如重量、面积、应力、费用等）最小，也就是说，优化设计方案就是一个最有效率的方案。

优化设计涉及的变量主要有3个：设计变量，状态变量，目标函数[1]。

设计变量（比如尺寸）为自变量，优化结果的取得就是通过改变设计变量的数值来实现的。

状态变量（比如应力）是约束设计的数值，它们是“因变量”，是设计变量的函数。

目标函数（比如重量）是要尽量减小的数值。

优化设计的主要目的是求出一个或数个设计变量，使得目标函数值最小，并且这些解必须满足限制条件或设计参数。

换言之，优化设计是在限制条件的范围内，寻求目标函数的最小值，而限制条件视问题实际需求而定。

2优化设计方法在节省材料方面的应用场地施工需要配备2个营救吊篮，当人员在高处受伤或在高处被困需要营救时能及时将其转移至地面。

ANSYS在结构优化设计中的应用

ANSYS在结构优化设计中的应用由于优化设计的基础理论涉及面较广，对设计人员的数学能力要求较高。

为了帮助设计人员更好地理解抽象的优化理论，提高其实际动手能力，本文介绍了如何利用有限元分析软件进行结构优化设计，建立了基于ANSYS的结构优化设计流程图。

最后通过一个工程实例加以说明。

一、引言优化设计是在数学规划的基础上发展起来的一门交叉学科，随着电子计算机的引入，它已迅速发展成为一种有效的新型工程设计方法。

机械结构设计应用优化设计方法较传统的设计方法一般可节省材料7~40%，并可获得最佳的结构尺寸。

近年来，基因(遗传)算法、猴王算法及模拟退火算法等新型算法又相继引入优化设计领域，扩大了优化设计的基础理论涉及面，对学生的数学基础要求也越来越高。

当设计人员在面对这些种类繁多而且抽象的优化理论时，普遍出现困难情绪。

在优化设计中引入计算机和成熟的商品软件，使结构优化设计的求解程序化、可视化，激发设计人员的求解兴趣，使得传统的优化设计增添了新的活力。

本文介绍了有限元分析软件ANSYS在结构优化设计中的应用，使概念更具体化和形象化，提高了设计人员分析问题的基本技能和计算机操作与软件应用的能力。

二、结构优化设计的数学模型一般说来，优化设计方法不仅要求设计人员要了解所求解间题的工程背景，将设计问题转化为某种优化模型，而且还要懂得利用一门计算机编程语言来实现某种算法，这样他才能够完成优化设计。

也正是这些问题的存在妨碍了学生自己动手应用优化技术解决工程实际问题，厌学情绪也就随之而来。

如何将工程问题转化为优化设计模型，这是机械优化设计首先要解决的关键问题。

建立数学模型的三个基本要素是:设计变量、约束条件以及目标函数。

其中，设计变量又称为自变量，通过其自身的选择和调整来实现优化结果的获取;约束条件又可分为边界约束和性能约束，边界约束一般是考虑设计变量的取值范围，性能约束是根据设计性能或指标要求而定的一种约束条件;目标函数是某个方案的评价指标，有时也是某个设计所要追求的目标函数。

ANSYS软件在机械结构优化设计中的应用_王永利

表 1 探测臂尺寸优化结果SET 3SET 7
SET 11
SET 14
0． 190 40
0． 263 70
0． 190 38
0． 190 28
0． 355 06
0． 404 03
Machine Building A utomation，Jun 2015，44（3）：116 ～ 119
·117·
·信息技术·
王永利，等·ANSYS 软件在机械结构优化设计中的应用
荷对探测臂进行校核，以验证是否能满足侧向静位移刚度要求；3）尺寸约束条件：根据初始结构的尺寸大小、各节臂之间的尺寸关系以及伸缩臂内部油缸的外形尺寸限制，对设计变量 B、H 和 Ti 指定最大和最小值，其尺寸约束条件为：0． 19 m≤H≤0． 44 m、0． 19 m≤B≤0． 31 m、0． 002 m ≤Ti ≤0． 006 m、其中 i = 1，2，3，4，5。
2 ANSYS 优化设计的基本步骤
进行优化设计首先要把实际的设计问题用数学表达式加以描述，即转化成数学模型，然后根据数学模型的特性，选择适当的优化计算方法及程序，以计算机作为工具来求得最佳设计［4］。使用 ANSYS 软件优化设计的一般步骤如图 1 所示。
1 ANSYS 软件的优化方法
ANSYS 中提供的优化算法有 2 种：子模型近似优化方法（ SUBP）和一阶方法。两者的共同特点都是通过对目标函数添加罚函数将约束优化问题转换成非约束问题，属间接解法。其中前者又称为零阶方法，因为它只用到因变量而不用其偏导数，其本质是采用最小二乘逼近，求取一个函数面来拟合解空间，然后再对该函数面求极值，优化精度一般不是很高；一阶方法又称梯度寻优法，要计算因变量对自变量的偏导数，在每次迭代中，用最速下降法或共扼梯度法确定搜索方向，它的精度高但计算量大，而且有可能收敛于局部最小［3］。

基于Ansys的立柱有限元分析与结构优化设计

2008年第27卷12月第12期机械科学与技术Mechanical Science and Technol ogy for Aer os pace Engineering Dece mber Vol .272008No .12收稿日期:2007207209作者简介:张向宇(1983-),硕士研究生,研究方向为加工模拟与硬质合金刀具,ily245@sina .com;熊计(联系人),教授,博士生导师,xji6789@sina .com张向宇基于Ansys 的立柱有限元分析与结构优化设计张向宇,熊　计,郝　锌,赖人铭(四川大学制造科学与工程学院,成都　610065)摘　要:分别利用Pr o /Engineer 和Ansys 软件对立柱进三维实体建模与模态分析,通过结构分析和优化设计,得到了立柱的模态分析结果。

选择立柱相对位移量及其低阶固有频率为研究对象,并设计对比了两种筋连板优化布局方法,确定了使用米字型筋连板立柱结构。

提高了立柱的低阶固有频率,避免了高速加工时共振的产生降低加工精度的现象,取得了提高加工精度,立柱的强度和刚度的效果。

为结构的合理设计与改造提供了可靠的理论依据。

关　键　词:Ansys;有限元;立柱;优化设计中图分类号:O242121 文献标识码:A 文章编号:100328728(2008)1221602204Fi n ite Ele ment Analyses and Structure Opti m al Desi gn ofthe Colu mn of a Hor i zont al Processi n g CenterZhang Xiangyu,Xi ong J i,Hao Xin,Lai Renm ing(School of Manufacture Science and Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065)Abstract:Pr o /Engineer and Ansys are selected as the design and analysis syste m.The 3D s olid model and the fi 2nite ele ment model are built .U sing Ansys s oft w are,the l ow order vibrati on modes are calculated .T wo methods of op ti m al design are compared .The l o w 2order inherent vibrati on frequencies and relative dis p lace ment of the colu mn are selected f or analyzing .The colu mn structure which includes app r op riate strengthening bars is selected .The l ow 2order inherent vibrati on frequencies are increased and the phenomenon of sy mpathetic vibrati on is avoided .Re 2markable effect of increasing its machining p recisi on and i m p r oving its strength and rigidity is achieved .The result has been p r oved in machining and can be used in structural op ti m izati on design of the colu mn .Key words:Ansys;finite ele ment;colu mn;op ti m al design 立柱是加工中心最关键的受力构件,它的强度、刚度好坏将直接影响到机床的精度和寿命[1]。

FM6324立式加工中心工作台组件的ANSYS模态分析及优化

FM6324立式加工中心工作台组件的ANSYS模态分析及优化韩江;胡春阳;夏链;吴斌;周东【摘要】文章以FM6324立式加工中心的底座、鞍座、工作台组成的装配体为研究对象,利用Pro/E建立三维模型,基于吉村允孝法得到结合部动态特性参数,利用ANSYS结合APDL语言建立动力学模型,通过AN-SYS模态分析得到装配体的前5阶模态频率和振型；以筋板尺寸和结合部尺寸为设计变量,利用正交试验表进行尺寸优化设计,提高了装配体的模态频率.结果证明,装配体动力学优化时,优化结合部尺寸比优化筋板尺寸的效果更好.%In this paper, the assembly which is composed of base, saddle and working table of the FM6324 Vertical Machining Center is used as the object of study. The 3D models are created by using Pro/E, and the dynamic characteristic parameters of the combined interfaces are got based on Masataka Yoshimura method The dynamic model is built by using ANSYS and APDL language. The top five order modal frequencies and mode shapes are got by using the method of ANSYS modal analysis. Then by selecting ribs sizes and combined interfaces sizes as design variables, the size optimization is carried out through the orthogonal table method so as to improve the modal frequencies of the assembly. It is concluded that the optimization of combined interfaces sizes could get better result than that of ribs sizes.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(035)008【总页数】4页(P1039-1042)【关键词】装配体;吉村允孝法;结合部;ANSYS模态分析;尺寸优化【作者】韩江;胡春阳;夏链;吴斌;周东【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;安徽省鸿庆精机有限公司,安徽安庆246005【正文语种】中文【中图分类】TH122CAE可以为设计提供理论依据和指导，对装配体整体的CAE分析可以获得单个零件分析中难以获得的信息；机床的动态特性会影响机床加工精度，降低生产效率［1］，通过对机床装配体的模态分析可以得到多个零部件作为一个整体时所表现出来的动态特性。

运用ansysworkbench快速优化设计

运用A N S Y SW o r k b e n c h快速优化设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN运用ANSYS Workbench快速优化设计编辑条目12.1560次1人1个[字号:大中小][我来说两句 (0) ]摘要：从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表。

本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。

关键词：有限元分析、集成、ANSYS Workbench1 前言ANSYS系列软件是融合结构、热、流体、电磁、声于一体的大型通用多物理场有限元分析软件，在我国广泛应用于航空航天、船舶、汽车、土木工程、机械制造等行业。

ANSYS Workbench Environment（AWE）是ANSYS 公司开发的新一代前后处理环境，并且定为于一个CAE协同平台，该环境提供了与CAD软件及设计流程高度的集成性，并且新版本增加了ANSYS很多软件模块并实现了很多常用功能，使产品开发中能快速应用CAE技术进行分析，从而减少产品设计周期、提高产品附加价值。

现今，对于一个制造商，产品质量关乎声誉、产品利润关乎发展，所以优化设计在产品开发中越来越受重视，并且方法手段也越来越多。

从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表，本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E和ANSYS 软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。

基于ANSYS的立式电解加工机床关键部件模态分析

( School of M echanical and Automotive Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China) Abstract: Electrochem ical ( ECM ) m achine tool often works w ith dynam ic or alternating load. In order to op ti2 m ize its structure and imp rove its perform ance, it is necessary analyzing modes of machine parts and under2 standing the dynam ic characteristics ( the natural frequencies and vibration modes). B uilt and assembled the 3D solid modes of key parts of DX3150 vertical electrochem ical machine tool by CATIA software. Then they were imported into ANSYS software for modal analysis after simp lified. The natural frequencies of the first six vibration modes were gained. The vibration mode charts illustrate that, all vibration modes of key parts are rela2 tively ideal. Key words: electrochem ical machine tool; Solid Modeling; modal analysis

基于ANSYS Workbench的立式加工中心主轴组件的性能分析

基于ANSYS Workbench的立式加工中心主轴组件的性能
分析
王凤娟;姜淑凤;王世刚
【期刊名称】《现代工业经济和信息化》
【年(卷),期】2015(0)10
【摘要】主轴系统是加工中心的核心功能部件,文章以立式加工中心主轴为研究对象,建立了主轴组件的三维有限元模型,并对模型进行有效地网格划分,利用现行有限元分析软件ANSYSworkbench 12.0,对主轴在不同转矩工况下的应力分布、不同温升工况下的热变形情况进行分析.分析结果得出了在不同转矩下主轴的应力分布及应力增长规律,在热形变影响中,从理论上预测了主轴允许形变下所允许的最大温升,为主轴的优化设计及进一步的有限元分析奠定了基础.
【总页数】3页(P51-53)
【作者】王凤娟;姜淑凤;王世刚
【作者单位】齐齐哈尔大学机电工程学院,黑龙江齐齐哈尔 161006;齐齐哈尔大学机电工程学院,黑龙江齐齐哈尔 161006;齐齐哈尔大学机电工程学院,黑龙江齐齐哈尔 161006
【正文语种】中文
【中图分类】TH114;TG65
【相关文献】
1.五面加工中心主轴的建模及Ansys workbench仿真分析 [J], 雷海胜;刘海岷;赵葵
2.基于ANSYS Workbench的微型数控车床主轴动静态性能分析∗ [J], 谭峰;殷国富;方辉;姬坤海;王亮
3.基于ANSYS Workbench的高速电主轴静动态性能分析 [J], 文怀兴;崔康
4.基于ANSYS的加工中心电主轴静态性能分析 [J], 王新新;廖敏;吴军强
5.基于 ANSYS Workbench的立式加工中心工作台动特性研究 [J], 冯成国;曹巨江;张磊
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