优化设计有限元分析总结
有限元分析在材料力学中的应用与优化设计
有限元分析在材料力学中的应用与优化设计材料力学是研究材料的力学性质、变形行为和破坏机制的学科，而有限元分析作为一种强大的计算工具，在材料力学领域中得到了广泛的应用。
本文将介绍有限元分析在材料力学中的应用，并探讨有限元分析在材料力学优化设计中的潜力。
一、有限元分析在材料力学中的应用1. 材料力学参数分析有限元分析可以通过建立材料模型，并引入相应的力学参数，来分析材料在加载过程中的力学响应。
通过改变材料的弹性模量、屈服强度等力学参数，可以预测材料的变形行为和破坏机制，为材料性能的改进和设计提供理论依据。
2. 材料疲劳寿命估计在材料力学中，疲劳是一个重要的研究方向。
有限元分析可以模拟材料在循环加载下的变形行为，通过计算应力、应变的变化，预测材料的疲劳寿命。
这有助于设计更加耐久和可靠的材料结构。
3. 材料失效分析有限元分析在材料失效分析中起到了关键的作用。
通过建立合适的失效准则，并将其应用于有限元模型中，可以确定材料的破坏位置和破坏形式。
这对于预测材料的寿命和改进设计具有重要的意义。
二、有限元分析在材料力学优化设计中的潜力1. 拓宽设计空间传统的材料力学设计往往依赖经验公式和试错法，设计空间有限。
而有限元分析可以通过模拟和分析不同材料参数、结构形式等因素对材料力学性能的影响，为设计师提供大量可行的设计方案，拓宽了设计空间。
2. 优化材料性能有限元分析结合材料力学的理论知识，可以帮助优化材料的性能。
通过优化材料的力学参数，例如提高弹性模量、降低应力集中等，可以实现材料的功能改进，提高材料的强度、韧性等性能。
3. 提高设计效率有限元分析可以模拟不同材料力学行为，通过计算机进行大规模计算，大大加快了设计过程。
设计师可以通过有限元分析快速评估不同设计方案的优劣，并进行参数敏感性分析，以指导设计方向。
4. 减少实验成本在传统的材料力学设计中，往往需要进行大量的实验来验证设计方案的可行性。
而有限元分析可以通过模拟不同材料参数和加载条件下的力学性能，减少实验的数量和成本。
有限元实验报告
有限元实验报告一、实验目的本实验旨在通过有限元方法对一个复杂的工程问题进行数值模拟和分析，从而验证理论模型的正确性，优化设计方案，提高设计效率。
二、实验原理有限元方法是一种广泛应用于工程领域中的数值分析方法。
它通过将连续的求解域离散化为由有限个单元组成的集合，从而将复杂的偏微分方程转化为一系列线性方程组进行求解。
本实验将采用有限元方法对一个具体的工程问题进行数值模拟和分析。
三、实验步骤1、问题建模：首先对实际问题进行抽象和简化，建立合适的数学模型。
本实验将以一个简化的桥梁结构为例，分析其在承受载荷下的应力分布和变形情况。
2、划分网格：将连续的求解域离散化为由有限个单元组成的集合。
本实验将采用三维四面体单元对桥梁结构进行划分，以获得更精确的数值解。
3、施加载荷：根据实际工况，对模型施加相应的载荷，包括重力、风载、地震等。
本实验将模拟桥梁在车辆载荷作用下的应力分布和变形情况。
4、求解方程：利用有限元方法，将偏微分方程转化为线性方程组进行求解。
本实验将采用商业软件ANSYS进行有限元分析。
5、结果后处理：对求解结果进行可视化处理和分析。
本实验将采用ANSYS的图形界面展示应力分布和变形情况，并进行相应的数据处理和分析。
四、实验结果及分析1、应力分布：通过有限元分析，我们得到了桥梁在不同工况下的应力分布情况。
如图1所示，桥梁的最大应力出现在支撑部位，这与理论模型预测的结果相符。
同时，通过对比不同工况下的应力分布情况，我们可以发现，随着载荷的增加，最大应力值逐渐增大。
2、变形情况：有限元分析还给出了桥梁在不同工况下的变形情况。
如图2所示，桥梁的最大变形发生在桥面中央部位。
与理论模型相比，有限元分析的结果更为精确，因为在实际工程中，结构的应力分布和变形情况往往受到多种因素的影响，如材料属性、边界条件等。
通过对比不同工况下的变形情况，我们可以发现，随着载荷的增加，最大变形量逐渐增大。
3、结果分析：通过有限元分析，我们验证了理论模型的正确性，得到了更精确的应力分布和变形情况。
机械结构有限元分析与优化设计
机械结构有限元分析与优化设计一、概述机械结构是机械工程领域中的重要组成部分，其性能直接影响到机械设备的稳定性、可靠性和耐久性。
在机械结构的设计过程中，有限元分析和优化设计是两个关键的步骤。
有限元分析可以用于预测机械结构在实际工作条件下的受力情况和变形情况，优化设计则可以通过调整机械结构的参数来改善其性能。
二、有限元分析有限元分析是一种数值计算方法，通过将实际的连续物体离散化为有限数量的小单元，再对每个小单元进行力学分析，最终得到整个结构的受力和变形情况。
有限元分析可以帮助工程师了解机械结构在不同工况下的强度、刚度和振动等特性。
1. 网格划分在有限元分析中，网格划分是最重要的步骤之一。
网格划分的好坏直接影响到有限元分析结果的准确性和计算效率。
一般来说，复杂的结构需要更加细致的网格划分，以捕捉到结构内部的应力集中区域和变形情况。
2. 材料特性与边界条件有限元分析需要提供材料的力学特性和结构的边界条件。
材料的力学特性包括弹性模量、泊松比、密度等，而结构的边界条件包括约束边界条件和加载边界条件。
这些参数的准确性对于有限元分析结果的正确性至关重要。
3. 结果分析有限元分析结果包括结构的应力、应变和变形等信息。
工程师可以通过对这些结果进行分析，了解结构的受力情况和挠度情况，进而评估结构的可靠性和安全性。
三、优化设计优化设计是指通过调整机械结构的参数，以达到提高其性能的目标。
在有限元分析的基础上，可以应用各种优化算法对机械结构进行参数优化。
1. 设计变量和约束条件在优化设计中，需要明确设计变量和约束条件。
设计变量可以是机械结构的几何参数、材料参数或者加载参数等，而约束条件可以是结构的应力、振动、变形等指标的上下限要求。
2. 优化算法选择优化算法根据不同的问题而选择。
常见的优化算法包括遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。
这些算法可以帮助工程师找到最优的设计解，以满足特定的性能要求。
3. 结果分析和验证优化设计的结果需要进行分析和验证。
利用有限元分析法对阀座进行优化设计
利用有限元分析法对阀座进行优化设计运用有限元分析法对重要受力零件进行应力和变形分析，不仅使设计工作更快捷、更直观，而且也大大保证了设计的完整性、可靠性。
针对油田阀门CAD、CAE技术的现状和发展趋势，应用SolidWorks和COSMOS软件的无缝连接，对平板阀阀座进行受力分析。
根据分析结果，优化设计参数，并提出基于理论分析的改进方案，为阀门的结构优化设计与性能改进提供数据支持。
标签：阀座；阀板；建模；有限元分析0 引言菏泽龙泵车辆有限公司是专门生产石油机械的厂家，生产制造平板阀多年，如图1。
生产的平板阀，结构形式非常简单，是油田上最常见的。
密封原理也是大家所熟悉的，就是靠镶装在阀体里的一对波形弹簧分别在阀板的两侧推动阀座，使其密封端面始终贴合在阀板的密封侧面上，从而实现密封，如图2。
而且阀板还可以在两个阀座之间自由挪动，从而实现开启和关闭的功能如图3。
在对平板阀进行设计时，按照以往的类比方法，只要根据老产品对主要零件进行比例放大就可以了。
这是一种非常快捷的设计方法。
在对PFF78-70进行初步试制时就是简单地运用了这种方法。
本想缩短制造周期，但试制结果却证明这是一个不可靠的策略。
由于阀座尾部受力截面太小，局部应力大，产生了危险截面如图4a，试制平板阀阀座承受不了来自阀板的压力，致使阀座尾部由于局部应力过大而变形扩张成喇叭状，造成阀座与阀体配合孔过盈卡死，使波形回位弹簧失效，进而造成阀板与阀座之间的密封面无法贴合而产生缝隙，最终使得密封失效，型式试验失败。
找到了密封失效的原因，更加认识到对受力零件进行全面受力分析的重要性。
但只凭传统的计算方法对形状不规则零件进行分析计算很难做到面面俱到。
如对阀体进行应力校核计算也只是把阀体结构由一个复杂的四通结构简化为一个直通的厚壁筒体，对结构本身的复杂特点未能充分考虑，造成模型与实际受力偏差较大，给设计计算带来较大的误差。
幸好掌握了以SolidWorks和COSMOS 为平台的有限元分析法，这就使设计和验证工作变得快捷、全面，而且可靠。
有限元分析在机床结构优化设计中的应用
有限元分析在机床结构优化设计中的应用有限元分析(Finite Element Analysis)是一种利用计算机模拟物理系统的工程分析方法，能够预测结构在各种外载荷下的响应情况。
在机床结构优化设计中，有限元分析是非常重要的工具。
一、机床结构优化设计的意义机床是制造业的重要设备之一，但是机床的制造成本、维护成本、能耗成本都比较高。
为了提高机床的性能和降低成本，需要进行结构设计的优化。
优化设计既可以提高机床的工作精度，优化结构，还能够减少机床重量，降低能耗成本。
二、有限元分析的基本原理有限元分析是一种模拟物理系统的方法，它可以通过将大的结构划分成小的单元，并建立数学模型来计算结构在各种外载荷下的响应情况。
基本原理如下：1、建立模型：将结构划分成小的单元，并建立数学模型。
2、施加载荷：将结构施加各种外载荷，例如重力、压力、加速度等。
3、求解模型：利用计算机数值方法求解结构在各种外载荷下的响应情况。
4、分析结果：通过分析求解结果，评估结构的性能、强度、刚度等方面。
5、优化设计：根据分析结果，对结构进行优化设计。
三、有限元分析在机床结构优化设计中的应用有限元分析可以应用于机床结构的优化设计，主要包括以下几个方面。
1、材料的选择在机床结构中，材料的选择非常重要，因为不同材料的性质不同，会影响机床的工作精度和性能。
利用有限元分析可以预测机床在各种外载荷下的响应情况，并确定材料的合适选择。
2、优化结构设计机床结构非常复杂，因此在设计过程中可能存在缺陷或者弱点。
有限元分析可以帮助设计者预测和评估机床结构在各种载荷下的响应情况，并帮助设计者确定如何优化结构设计。
3、优化布局方案机床的各种部件需要进行合理的布局，以确保机床的工作精度和性能。
有限元分析可以模拟机床在各种外载荷下的响应情况，帮助设计者确定合适的布局方案。
4、降低材料成本机床的材料成本非常高。
有限元分析可以帮助设计者确定机床结构所需的材料数量，从而降低机床的材料成本。
复杂结构体的有限元分析与优化设计
复杂结构体的有限元分析与优化设计引言：在现代工程领域，复杂结构体的设计和分析是一个十分重要且具有挑战性的任务。
复杂结构体由许多不同的部件组成，其形状、功能和材料都各不相同，因此需要对其进行深入细致的分析和优化设计。
本文将介绍有限元分析在复杂结构体设计中的应用，并探讨其中的优化方法和挑战。
有限元分析在复杂结构体设计中的应用：有限元分析是一种常用的结构力学分析方法，通过将结构体离散化为有限数量的单元，再对每个单元进行力学计算，最终得到整个结构体的应力分布和变形情况。
在复杂结构体的分析中，有限元分析能够提供全面的力学信息，帮助工程师了解结构体在不同工况下的性能和响应。
在有限元分析中，结构体被分割成许多小单元，每个单元与周围的单元相互连接，并通过节点进行交互。
每个单元的材料特性、初始条件和加载情况都可以进行定义，从而模拟真实工况下的结构行为。
通过对节点间的位移和力的计算，可以得到结构体的应力和变形情况，进一步分析和评估结构体的性能。
优化设计在复杂结构体中的应用：复杂结构体的设计往往需要考虑多种因素，包括结构的强度、刚度、稳定性、材料和成本等。
优化设计是一种有效的方法，通过调整结构参数和变量，以最大化或最小化所需的设计目标函数，从而实现结构体的性能和效率的优化。
在复杂结构体的优化设计中，有限元分析通常作为一个重要工具来评估不同设计方案的性能。
通过对每个设计方案进行有限元分析，可以获得结构体的应力和变形情况，并与设计要求进行比较。
工程师可以通过调整结构参数和材料特性，以满足设计要求并优化结构体的性能。
挑战与应对：尽管有限元分析和优化设计在复杂结构体中具有广泛的应用，但仍然面临一些挑战。
首先，复杂结构体的几何形状和材料特性可能会非常复杂，导致分析计算的复杂性和计算量的增加。
工程师需要使用高性能计算资源和有效的算法来处理这些复杂性。
其次，复杂结构体的优化设计需要考虑多个相互关联的设计变量和约束，而这些变量和约束可能是非线性和非凸的。
汽车举升机结构有限元分析及优化设计
条件的制约，与欧美日等西方国家比较，还存在着一段的差距。
目前，我国有限元法也广泛地应用于航空航天、机械、船舶、土木建筑、机电工业、铁道交通、轻工、地质等领域，许多研究处于世界前列。
在有限元通用程序方面，由于我国计算机发展条件的制约，与欧美日等西方国家比较，还存在着一段的差距。
随着我国经济的增长，科学技术现代化的迫切需要，加之有限元方面的专家和学者不懈努力，这种局面正在逐步改善。
特别是近年来，我国汽车行业引进了一些大型的有限元分析软件和ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ软件用于零部件的设计和计算【２１，２２］，极大地促进了有限元分析技术在汽车行业的运用，但在整车有限元分析方面，国内尚没形成一致的计算方法。
随着社会的进步，特别是７０年代能源危机以来，新的高强度材料、制造工艺和新的结构设计不断地投入使用又要求能及早发现材料、工艺和设计中的弱点，进行优化改进。
从经济上考虑，在产品的开发和试验过程中，尽量降低时间消耗、缩短产品开发周期，使产品及早投放市场也是十分必要的。
如果能够在产品开发的设计初期就能够预测出产品的结构强度和整车稳定性，那么这将在一定程度上促进产品的进一步开发研制，减少时间耗费。
另外，如果仅仅依靠试验后的数据，则需要在不同的加载条件下进行试验，这需要花费很长的一段周期，在经济上和效率上都是不合算的。
所以在设计阶段即能预测出整机的性能是极其必要的。
１．３主要研究内容根据中华人民共和国交通行业制定的汽车举升机标准ＪＴ／Ｔ１５５．２００４，本文利用有限元技术对ＢＬ－２３５０型双柱举升机进行结构分析，主要研究内容包括以下五个方面：（１）利用Ｐｒｏ／Ｅ软件建立双柱举升机三维参数化实体模型：（２）利用Ｐｒｏ／ＭＥｃＨＡＮＩｃＡ软件分别对双柱举升机总成在不同的工况下进行强度分析；（３）对模型的计算结果进行分析，评价其结构性能：（４）利用Ｐｒｏ／ＭＥｃＨＡＮＩｃＡ软件对双柱举升机进行模态分析：（５）根据计算结果对双柱举升机结构进行改进优化设计。
基于有限元分析的结构优化设计方法研究
基于有限元分析的结构优化设计方法研究在工程领域中，结构设计是一项重要的任务，它直接影响到工程项目的稳定性和安全性。
为了提高结构设计的质量和效率，近年来，人们开始广泛应用基于有限元分析的结构优化设计方法。
本文将探讨这一方法的原理、应用和未来发展方向。
一、有限元分析的原理有限元分析是一种数值计算方法，用于求解连续介质力学问题。
它基于有限元法的理论，将复杂的结构分解为有限的子单元，利用数值模拟和计算的方法，逐步逼近真实结构的行为。
有限元分析的原理可以总结为以下几个步骤：1. 网格划分：将结构划分为有限个小的单元，每个单元都有一组节点和自由度。
2. 单元本构关系：定义每个单元的材料性质和本构关系，例如弹性模量、泊松比等。
3. 边界条件：定义结构的边界条件，包括约束和荷载。
4. 求解方程：根据边界条件和单元本构关系，建立结构的运动方程，通过求解得到结构的应力和位移场。
二、结构优化设计结构优化设计是指在给定的设计变量和约束条件下，寻找最优的结构几何形状和材料分布，以满足设计要求。
基于有限元分析的结构优化设计方法主要包括以下两种形式：1. 拓扑优化：该方法通过在结构中添加或移除材料，改变结构的拓扑形状，实现结构的优化设计。
拓扑优化常用的算法包括密度法、梯度法等。
2. 尺寸优化：该方法通过改变结构的尺寸参数，如截面尺寸、厚度等，来实现结构的优化设计。
尺寸优化常见的算法包括等高线法、灰度法等。
三、应用案例基于有限元分析的结构优化设计方法在各个领域都得到了广泛应用。
以航空航天领域为例，研究人员利用该方法对飞机机翼结构进行优化设计。
通过调整材料分布和拓扑形状，他们成功提高了机翼的强度和刚度，同时减轻了重量，提高了飞机的性能。
类似的优化设计方法还可以应用于汽车、建筑、桥梁等领域，以实现更高效的结构设计。
四、未来发展方向虽然基于有限元分析的结构优化设计方法已经取得了一些重要成果，但仍存在一些挑战和待解决的问题。
未来的发展方向包括以下几个方面：1. 多学科优化：结构优化设计不仅需要考虑力学性能，还需要兼顾其他学科指标，如流体力学、热学等。
利用有限元分析方法研究汽车发动机缸体的刚度优化设计
利用有限元分析方法研究汽车发动机缸体的刚度优化设计随着汽车科技的不断发展，汽车发动机的性能和效率得到了极大的提升。
作为发动机的核心部件，缸体的刚度优化设计对于提高发动机的工作效率和可靠性至关重要。
本文将利用有限元分析方法来研究汽车发动机缸体的刚度优化设计。
首先，有限元分析是一种广泛应用于工程领域的数值分析方法，可以对结构在不同工况下的力学特性进行模拟和分析。
通过建立一个合适的有限元模型，可以准确地预测缸体在不同受力情况下的应力分布和变形情况。
在进行有限元分析前，需要对缸体的几何形状进行建模。
将缸体分为多个单元，每个单元都具有自己的材料性能和几何形状。
然后，通过在每个单元上应用适当的力和边界条件，可以模拟实际工况下的受力情况。
有限元分析的第一步是对缸体进行网格划分。
合适的网格划分对于结果的准确性和计算效率具有重要影响。
较为典型的划分方法包括四边形单元和六面形单元。
这些单元的尺寸和形状需要根据具体情况进行选择，以保证模拟结果的准确性。
在模拟过程中，我们考虑不同的工况，例如发动机在启动、加速和高速行驶等运行状态下的受力情况。
通过对这些工况下缸体的有限元分析，可以获得缸体的应力和变形情况。
在分析结果的基础上，我们可以对缸体的结构进行优化设计。
例如，在关键应力集中区域加强材料或改变缸体的几何形状，以提高其刚度和强度。
同时，优化设计还需考虑到缸体的质量和成本，以实现一个最佳的设计方案。
通过有限元分析方法进行缸体的刚度优化设计可以带来诸多好处。
首先，准确的应力和变形分析可以帮助工程师更好地理解缸体在不同受力情况下的性能。
其次，优化设计可以提高缸体的刚度和强度，从而提高整个发动机的工作效率和可靠性。
总结而言，利用有限元分析方法进行汽车发动机缸体的刚度优化设计是一种有效的手段。
通过建立合适的有限元模型和进行准确的应力和变形分析，可以实现缸体设计方案的优化。
这种方法为提高汽车发动机的性能和可靠性提供了一种有效的工具。
有限元分析及优化设计
《大连理工大学》2004年加入收藏获取最新【摘要】：在汽车结构设计中，有限元分析法已经成为必备的技术手段。
由于大量的计算量和分析步骤，郑鑫大客车车架结构的有限元分析及优化设计对车架进行直观的线性分析将是十分困难的。
ANSYS软件的有限元分析程序能够将其离散为无数的元素单元，从而方便地进行分析、计算、优化结果。
作者通过使用ANSYS单元库提供的元素单元建立车架的有限元模型。
本文中所有的分析运算、数据优化都是通过APDL 语言来完成的。
另外，用ANSYS软件对某型客车车架进行了有限元动态分析，给出了车架的动态特征信息，为车架的设计及优化提供了有效的参考依据。
研究了ANSYS的二次开发问题，介绍了ANSYS的语言APDL(ANSYS Parametric Design Language)。
该论文工作的主要创新点在于将参数优化技术引入到汽车结构的优化设计中，通过对参数优化设计结果的分析一方面可以直接为结构的设计提供理论依据，另一方面也为结构参数优化设计模型的建立提供重要的参考。
总之，该文研究的参数优化方法是结构优化设计理论方法的一个重要发展，将其运用到汽车结构设计将具有重要的理论意义和实用价值。
【关键词】：车架有限元分析法ANSYS APDL优化计算【学位授予单位】：大连理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2004【分类号】：U469【DOI】：CNKI:CDMD:2.2004.094747【目录】：•摘要3-9•前言9-10• 1 绪论10-12• 1.1 大客车在国内的发展状况10• 1.2 有限元分析法10-12• 2 有限元分析的发展现状与展望12-15• 2.1 FEA概述12• 2.2 FEA国际发展趋势12-14• 2.3 FEA国内发展状况14-15• 3 优化设计15-22• 3.1 优化设计概述15• 3.2 优化数学模型的构成要素15-17• 3.3 建立数学模型需要注意的问题17-18• 3.4 参数优化方法适用范围18-20• 3.5 选择优化方法的标准及有关经验20-22 • 4 ANSYS软件介绍及有限元分析步骤22-28 • 4.1 ANSYS软件介绍22-23• 4.2 ANSYS的分析步骤23-28• 4.2.1 前处理23• 4.2.2 求解23-26• 4.2.3 后处理26-27• 4.2.4 ANSYS软件的特点27-28• 5 ANSYS软件优化功能及APDL语言28-36 • 5.1 ANSYS参数化分析功能28• 5.2 APDL语言介绍28-30• 5.3 ANSYS软件优化设计的过程与步骤30-35 • 5.3.1 优化设计的相关概念31-33• 5.3.2 优化过程具体分析步骤33-35• 5.4 应用程序开发过程中的关键技术35-36 • 6 客车底盘车架综述36-43• 6.1 客车底盘的种类36-37• 6.2 客车车架综述37-43• 6.2.1 车架的功用37-38• 6.2.2 对车架的要求38• 6.2.3 车架类型的选择38• 6.2.4 车架宽度的确定38-39• 6.2.5 车架纵梁型式的确定39• 6.2.6 车架横梁型式的确定39-40• 6.2.7 车架的受载分析40-41• 6.2.8 纵梁的弯矩计算41• 6.2.9 车架纵梁抗弯刚度校核41-42• 6.2.10 车架的扭转刚度42-43•7 车架结构的动态分析43-50•7.1 大客车实例主参数43•7.2 模态分析的必要性和作用43•7.3 大客车车架的动力学模型建立和分析43-50 •7.3.1 模型建立43-45•7.3.2 振型分析及讨论45-48•7.3.3 结论分析48-50•8 车架结构数学模型的建立50-59•8.1 模型建立准则50-51•8.2 有关方程及参数介绍51-56•8.3 通过应力分析对车架的改进意见56-59•9 客车车架结构设计中的结构优化设计59-68•9.1 客车车架几何模型的特点59•9.2 客车车架优化方法59-61•9.2.1 车架结构优化的优化变量59•9.2.2 利用车架结构有限元模型进行优化的一般过程59-60 •9.2.3 客车车架总质量的优化60-61•9.3 APDL程序命令流61-63•9.4 数据分析63-67•9.5 结论分析67-68•10 客车车身局部部分的有限元分析68-72•10.1 问题的由来68•10.2 APDL命令流68-71•10.3 结论分析71•10.4 对于优化的进一步思考71-72•11 总结与展望72-73•11.1 全文总结72•11.2 有限元技术和优化方法在汽车工程中应用展望72-73 •参考文献73-74•致谢74-76下载全文更多同类文献CAJ格式全文(本文按0.5元/页收费，欢迎：购买知网卡、在线咨询) CAJViewer阅读器支持CAJ,PDF文件格式•出国英语，你会说真英语吗，快来测测吧！•圣智科学教育教材——当当网正版独家75折【引证文献】中国硕士学位论文全文数据库前8条【共引文献】中国期刊全文数据库前10条中国重要会议论文全文数据库前10条中国博士学位论文全文数据库前10条中国硕士学位论文全文数据库前10条【同被引文献】中国期刊全文数据库前10条中国博士学位论文全文数据库前1条中国硕士学位论文全文数据库前10条【二级引证文献】中国期刊全文数据库前1条中国硕士学位论文全文数据库前8条【相似文献】中国期刊全文数据库前10条中国重要会议论文全文数据库前10条中国重要报纸全文数据库前10条中国博士学位论文全文数据库前10条中国硕士学位论文全文数据库前10条。
基于ANSYS的压力容器有限元分析及优化设计
317压力容器是一种能够承受压力的密闭容器，广泛应用于煤化工生产领域。
煤化工生产作业环境苛刻，需要其外壳具备较高的强度，保护内部电子元器件不被损坏。
为验证压力容器的耐压性能，需根据其工作条件设计压力容器，将机器人安装在压力容器内部，对压力容器进行加压以模拟其高压工作环境，检测外壳的耐压性能是否符合要求。
本文基于国标 GB150-2011中关于压力容器的规定，完成压力容器的各项参数的计算取值。
利用 ANSYS 有限元仿真软件对其进行校核，对该压力容器工作状态下的应力及变形情况进行分析，判断其结构强度及 O 形圈的密封效果是否符合要求[1]。
1 压力容器参数化设计 对实际工况进行分析，根据要求完成压力容器的初步设计，结构如图 1 所示。
图1 压力容器三维模型该压力容器主要由两部分组成：压力舱和平盖，两个部件通过螺栓连接，平盖挤压压力舱端面上的 O 形圈完成密封。
由于采用水作为介质进行加压维持压力舱内压力处于预定值，压力容器需经常浸泡在水环境中，容易腐蚀生锈，会对密封结构造成破坏，且存在安全隐患，因此采用不锈钢完成该压力容器的设计和制造。
平盖所承受的应力较大，工作时容易产生较大变形导致 O 形圈密封失效，因此平盖需采用高强度不锈钢材料。
20Cr13是一种常用的高强度马氏体不锈钢材料，具有高抗蚀性、高强度、高韧性和较强抗氧化性，被广泛应用于制造各种承受高应力的零件。
基于20Cr13的优良性能，选用该材料用于平盖的设计和制造[2]。
与平盖相比较，压力舱承受应力相对较小，选用 304 不锈钢用于压力舱的设计和制造。
基于国标 GB150-2011 关于压力容器的规定，对压力容器各部分的参数进行计算如下：（1）壳体厚度计算： 圆筒厚度计算公式如下：[]c ii c P D −=φσδ2P（1）式中，σ为圆筒壳体计算厚度（mm）；p c 为计算压力（MPa）；D i 为圆筒内直径（mm），[σ]i 为壳体材料的许用应力（MPa），φ为焊接接头系数。
基于有限元分析的结构优化设计与仿真
基于有限元分析的结构优化设计与仿真结构优化设计与仿真是一种基于有限元分析的有效方法，可以通过对结构进行细致的分析和优化，以实现结构的最佳性能。
本文将介绍有限元分析的基本原理、结构优化设计的基本方法以及仿真技术的应用，并分析其在工程实践中的重要性和优势。
有限元分析是一种将复杂结构离散成有限个单元并对其进行数值计算的方法。
它通过代数方程和微分方程来描述结构内各个单元的受力和变形关系，从而实现对结构的分析和仿真。
有限元分析的核心思想是将结构离散为多个小单元，每个小单元内的力学行为可以通过经典的力学理论进行描述。
通过对每个小单元进行计算，并将其相互联系起来，就可以得到整个结构的应力、变形和刚度等参数。
在结构优化设计中，有限元分析扮演着重要的角色。
通过对已有结构的有限元模型进行分析，可以了解结构的强度、刚度、稳定性等基本性能，并且可以得到结构各个局部区域的应力和变形分布情况。
基于这些分析结果，可以进行结构的优化设计，以改善结构的性能。
最常见的结构优化目标包括减小结构的重量、提高结构的强度和刚度等。
结构优化设计的方法有很多种，其中最常见的包括拓扑优化、形状优化和尺寸优化等。
拓扑优化是通过改变结构的拓扑形态来优化结构的性能。
它可以通过添加、删除或重新分配材料来改变结构的拓扑形态，以实现给定的设计目标。
形状优化是通过改变结构的几何形状来优化结构的性能。
它可以通过调整结构的外形参数，如曲率、厚度等，来改善结构的性能。
尺寸优化是通过改变结构的尺寸参数来优化结构的性能。
它可以通过调整结构的尺寸参数，如长度、宽度等，来改善结构的性能。
仿真技术在结构优化设计中也有着重要的应用。
通过将已有结构的有限元模型与仿真软件相结合，可以实现对结构性能的精确预测。
仿真技术可以通过设定结构的边界条件和约束条件，对结构进行不同工况下的响应分析，以评估结构在不同工况下的性能和稳定性。
同时，仿真技术还可以通过敏感性分析，确定结构的设计参数对性能的影响程度，以指导优化设计的方向。
利用有限元分析优化摩托车车架设计
利用有限元分析优化摩托车车架设计摩托车是一种广泛使用的交通工具，其车架设计对于车辆性能和安全性至关重要。
在设计摩托车车架时，有限元分析是一种常用的工具，它可以对车架进行结构优化，提高其刚性和轻量化程度。
本文将通过有限元分析，探讨如何优化摩托车车架设计。
首先，需要明确的是，在摩托车车架设计中，刚性和轻量化是两个主要的优化目标。
刚性对于提升车辆的稳定性和操控性至关重要，而轻量化则可以提高车辆的燃油效率和加速性能。
因此，在设计摩托车车架时，需要在保证刚性的前提下，力求减少其重量。
有限元分析是一种基于数值计算方法的结构分析技术，在摩托车车架设计中能够有效地模拟和分析不同载荷情况下的应力分布和变形情况。
通过有限元分析，设计师能够得到车架的应力云图和变形云图，进而找到薄弱部位和应力集中区域，从而为优化设计提供依据。
在开始有限元分析之前，首先需要进行几何建模。
通过计算机辅助设计（CAD）软件，可以根据摩托车的整体尺寸和排列来创建车架的三维模型。
在建模过程中，需要考虑摩托车的整体结构和连接方式，以保证良好的刚性和稳定性。
接下来，需要定义材料特性和加载条件。
摩托车车架通常由金属材料制成，如高强度钢或铝合金。
在有限元分析中，需要输入材料的弹性模量、泊松比和屈服强度等参数，以便对车架的应力和变形进行计算。
同时，还需要根据实际使用情况确定载荷类型和大小，包括行驶载荷、制动载荷和悬挂系统载荷等。
完成建模和加载条件之后，将模型导入有限元分析软件中进行计算。
有限元分析软件将模型划分成许多小元素，根据材料和载荷条件，计算每个元素的应力和变形。
然后，通过元素的连接关系和应力传递规律，计算整个车架的应力和变形情况。
通过有限元分析，可以得到车架的应力云图和变形云图。
应力云图用彩色表示不同部位的应力大小，通过对比云图，可以找到应力集中区域和薄弱部位。
变形云图则用于确定车架在各个载荷下的变形情况，从而评估其刚性和稳定性。
在了解了车架的应力和变形情况之后，可以根据实际需求进行优化设计。
油底壳有限元分析及优化设计
３ １ ｘ１ ３４ ９ ０ ． ３× １ ３ ７ ０ ６×１ ３ ８ ０ ６× １ ０１ ３７ ． ０× ｌ — ３ ９ ０ ． ９× ｌ ４． ４× ｌ ４． ２×１ Ｏ ３ ０— ６ ０。
４５ ６８ ４７ ７Ｏ ４２ ６５ ３５ ６ｌ
阶 数
１ ２ ３ ４
５
令
主 掌
约束油底壳法兰 的前 １ 固有频 率 ０阶
频 率Ｈ ｚ
１０ ｘ１ ．７ ０ １３ Ｘｌ ．２ ０ １ ２ Ｘ１ ． ６ ０ ６ １５ ×１ 。 ．８ ０
１６ ．７ｘ１ ０
阶 数
６ ７ ８ ９
网田
优化 目标 。加 筋后 油底 壳前 十 阶模 态 频率 见 表２ 。
表 ２ 油底壳加 厚及加筋 前后 的比较
Ｉｒ ｇ 数 ｌ ２ ３ ４ ５
频
罐 Ｈｚ
原 侵
力 Ｊ Ⅱ
１０７ １ × ０
Ｉ５ ９× １ ０
Ｉ３２ ｌ ． × ０
作 用 ， 足 较 好 的 方案 。
１ ０
频率Ｈ ｚ
１９ ×１ ．８ ０ ２２ ｘ ０ ．０ １ ２３ × ０ ．３ １ ２６ Ｘ ０ ．３ １
２．６×１ ‘ ８ ０
１ 模 态分析
阶
２阶
５阶
４阶
图 １ 油底壳有 限元模 型 １２ 模态分析 结果 ．
有限 元计 算 中取Ｅ ２ １ ｌ Ｐ ，泊 松 比 “－０ ３ － ．ｅ １ ａ － ． ，密 度
４８ ４４ ４５ ４ｑ ４３
７阶
８阶
频 率 变 化 （ ） ％
Ｉ ９ ５０ ４３ ５３ ５２
阶 数
６
７
８
有限元分析基础的心得体会
有限元分析基础的心得体会有限元分析是一种广泛应用于工程领域的数值分析方法，它通过将复杂的连续体问题转化为离散的网格问题，利用数值计算的手段求解出结构的应力、变形等物理量。
在我学习有限元分析的过程中，我深感其重要性和应用的广泛性，同时也有一些心得体会。
首先，深入理解基本原理是学习有限元分析的关键。
有限元分析涉及到许多数值计算和结构力学的理论知识，我发现只有对这些基本原理进行深入理解，才能更好地应用有限元分析方法去解决实际工程问题。
掌握有限元分析的数学模型，了解其假设和适用范围，能够更好地选择合适的网格划分和边界条件，并对分析结果进行正确的解释。
其次，熟练掌握有限元分析软件是必要的。
有限元分析软件作为一种工具，能够帮助我们快速建立结构模型、进行网格划分和求解。
熟练使用有限元分析软件不仅可以提高工作效率，还可以减少人为操作失误，得到更准确的分析结果。
在使用有限元分析软件的过程中，我发现学习软件的使用手册、参加培训课程和进行实际的案例分析对于掌握软件的功能和特点非常有帮助。
此外，建立合适的模型是有限元分析的关键。
在实际工程问题中，模型的准确性和合理性对于有限元分析的结果至关重要。
首先，需要对结构进行合理的简化和假设，以减少网格数量和计算复杂度。
其次，需要根据结构的特点选择合适的网格划分方法，以保证网格在结构中的分布均匀且能够充分考虑应力集中区域。
最后，根据实际工程问题的需要，确定边界条件和加载方式，确保分析结果符合实际情况。
最后，有限元分析需要结合实际工程问题进行应用。
虽然有限元分析是一种理论和计算方法，但其最终目的是为了解决实际工程问题。
在实际工程中，需要针对不同的材料性质、加载条件和约束要求，对结构进行合理的建模和分析。
对于复杂的工程问题，可以通过改变边界条件、加载方式和结构尺寸等参数，进行敏感性分析和优化设计，以找到最优的解决方案。
总结来说，学习有限元分析需要深入理解基本原理、熟练掌握分析软件、建立合适的模型和结合实际工程问题进行应用。
基于有限元分析的液压缸优化设计
基于有限元分析的液压缸优化设计引言：液压系统在现代工程中扮演着重要的角色，其中液压缸作为液压系统的核心元件之一，被广泛应用于各个领域。
液压缸的设计优化是提高系统效率和可靠性的关键环节之一。
本文将探讨基于有限元分析的液压缸优化设计方法，旨在提高其工作性能和使用寿命。
1. 液压缸工作原理液压缸是将液压能转化为机械能的装置，通常由缸筒、活塞和活塞杆组成。
液压油通过控制阀进入液压缸的两端，推动活塞和活塞杆产生线性运动。
2. 液压缸设计参数液压缸设计的关键参数包括缸径、缸程、工作压力、活塞杆直径等。
这些参数的合理选择对液压缸的性能至关重要。
3. 有限元分析在液压缸设计中的应用有限元分析是一种工程设计常用的计算方法，通过将结构分割成有限个小单元，在每个小单元上建立近似方程，然后通过求解方程组得到结构的应力、应变和位移等物理量。
在液压缸设计中，有限元分析可以用于评估结构的强度、刚度和疲劳寿命等重要指标。
4. 优化设计目标液压缸的设计优化目标是提高其工作效率、减少能耗和延长使用寿命。
通过有限元分析，可以对液压缸各个部件进行结构优化，以实现这些目标。
5. 液压缸缸筒设计优化液压缸缸筒的设计优化主要包括减少重量和提高刚度两个方面。
通过有限元分析，可以确定更合理的材料和结构参数，减少结构的应力集中和变形。
6. 液压缸密封件设计优化液压缸的密封件对其密封性能和工作寿命有着重要影响。
通过有限元分析，可以评估密封件的接触压力、温度分布和变形情况，以优化密封设计。
7. 液压缸活塞杆设计优化液压缸活塞杆承受着很大的弯曲和拉压力，其设计的合理性直接影响液压缸的使用寿命。
有限元分析可以评估活塞杆的强度和刚度，优化其设计以提高液压缸的可靠性。
8. 液压缸循环寿命预测通过有限元分析，可以预测液压缸的循环寿命，以评估其可靠性。
根据结构的应力水平和载荷循环数，可以采取合适的方法进行寿命预测和结构改进。
结论：基于有限元分析的液压缸优化设计方法可以有效地提高其工作性能和使用寿命。
建筑结构有限元分析及优化研究
建筑结构有限元分析及优化研究建筑结构是一个非常复杂的领域，有时需要借助计算机模拟来分析和优化建筑结构。
在这篇文章中，我们将重点讨论建筑结构的有限元分析及优化研究。
1. 有限元分析的概念和应用有限元分析是一种数值分析方法，用于求解不同工程、物理、力学和其他科学领域中的复杂问题。
它是解决数值模拟问题的重要工具之一，特别适用于三维结构建模和复杂非线性问题的数值模拟。
其原理基于将研究领域分割成许多有限的小部分，称为有限元，进行计算和分析。
在建筑学中，有限元分析广泛应用于研究建筑结构的受力、变形、安全性、稳定性和性能等问题。
有限元分析可以模拟不同载荷下结构的行为，预测结构的性能，指导设计人员进行优化设计和改进。
2. 有限元分析的步骤和技术细节有限元分析的流程包括建立有限元模型、运用力学原理建立方程、求解方程、评估结果以及优化设计等步骤。
在这个过程中，需要考虑的因素包括载荷、边界条件、约束、材料特性、算法、求解器和计算资源等。
建立正确的模型是有限元分析的关键。
通常模型从建筑的几何形态开始，使用一种建模软件将其转化为有限元模型，以及添加设备、支撑柱和其他材料。
与模拟不同的一点是，模型中的每个部分都必须转化为一组有限元，以便进行分析计算。
因此，在模型设计时，必须将建筑结构的复杂性因素考虑在内，以确保最终的结果准确和可靠。
另一个重要的步骤是确定所有的输入条件，如载荷，边界约束，材料特性等。
这些条件必须与实际情况相符，并添加到模型中以确保计算结果的准确性。
针对特定的问题类型和求解需求，可以选择不同的有限元技术，如静力、动力、线性、非线性等方法。
3. 有限元分析的实例和应用有限元分析在建筑工程中的应用非常广泛，涵盖了各种类型的建筑和结构问题。
下面列举几个模型分析的实例。
在土木工程中，有限元分析被广泛用于计算和评估不同载荷类型下的混凝土结构，如桥梁、建筑、地下隧道等。
该技术可以帮助确定不同负荷情况下结构的稳定性和承重能力。
结构优化有限元分析
结构优化有限元分析结构优化是指在满足设计约束条件的前提下，通过调整结构的几何形状、尺寸、材料等参数，以达到优化设计目标的一种设计方法。
通过结构优化，可以提高结构的刚度、强度、稳定性、减少重量、节约材料、降低成本等。
有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种计算机辅助工程分析方法，通过将复杂的结构分割成有限个简单的子结构（有限元），建立数学模型，在计算机上进行力学仿真分析来评估结构的性能。
有限元分析可以用于结构的设计优化，通过分析不同参数对结构性能的影响，得出最佳设计方案。
结构优化的有限元分析通常包括以下几个步骤：1.建立结构有限元模型：根据实际结构几何形状和材料，利用专业的有限元软件建立结构的三维有限元模型。
模型中包括结构的节点、单元类型和材料属性等信息。
2.设计优化目标和约束条件：根据设计要求和目标，确定结构的优化目标，如提高刚度、降低重量等。
同时，根据结构的使用条件和限制，设置约束条件，如保证结构的稳定性、强度等。
3.建立优化算法：根据实际情况选择适合的优化算法。
常见的优化算法有遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。
根据设计要求和目标，确定优化算法的参数和设置。
4.分析和求解：利用有限元分析软件进行结构分析。
根据约束条件和优化目标，对结构进行力学仿真分析，得到结构的刚度、强度、位移等性能指标。
5.结果评估和优化：根据分析结果，评估优化策略的有效性和可行性。
如果优化结果满足设计要求和目标，可以进入下一步；如果不满足，需要对优化策略进行调整和优化，重新进行分析和求解，直到满足设计要求和目标。
6.优化结果的验证：通过制作样品或进行物理实验验证优化结果的可行性和有效性。
根据实际测试结果，对优化模型进行修正和调整，使其更加符合实际情况。
总的来说，结构优化有限元分析是一种结合了有限元分析和优化算法的设计方法，通过分析结构的力学特性，通过调整结构参数，得到最佳的设计方案。
这种方法可以提高结构的安全性、经济性和可靠性，减少材料和能源的消耗，促进结构设计的创新和进步。
基于有限元分析的结构优化设计与优化算法研究
基于有限元分析的结构优化设计与优化算法研究在工程设计领域，结构的优化设计一直是一个重要的研究方向。
而有限元分析作为结构分析中常用的方法之一，被广泛应用于结构的优化设计。
本文将探讨基于有限元分析的结构优化设计以及相关的优化算法研究。
一、有限元分析在结构优化设计中的应用有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种结构分析方法，通过将结构分割为有限数量的小单元，对每个小单元进行力学计算，再通过整体求解来得到结构的应力、变形等信息。
有限元分析在结构分析中广泛应用，可以准确预测结构的力学性能，并提供指导性的优化设计方案。
基于有限元分析的结构优化设计主要包括两个方面：形状优化和拓扑优化。
形状优化是指通过对结构形状进行调整，以改善结构的性能。
拓扑优化则是在保持结构的总体形状不变的前提下，通过调整结构的内部材料分布来达到优化设计的目的。
二、基于有限元分析的结构形状优化方法在基于有限元分析的结构形状优化方法中，常用的算法包括梯度优化法、遗传算法和粒子群算法等。
梯度优化法是通过计算形状变化对结构性能的影响，并通过反复迭代调整结构形状，从而实现优化设计的方法。
梯度优化法可以通过求解一些约束条件下的优化问题，得到最优的结构形状。
然而，梯度优化法在处理离散变量和复杂非线性约束时存在一定的局限性。
遗传算法是一种基于生物进化的优化算法，通过模拟物种的遗传进化过程来搜索最优解。
在结构形状优化中，遗传算法可以通过表示结构某一节点的状态和染色体演变的方式，通过多轮迭代得到最优结构形状。
遗传算法的优点是可以处理离散变量和复杂约束，但计算复杂度较高。
粒子群算法是一种模拟鸟群觅食行为的优化算法，在结构形状优化中，粒子群算法通过模拟粒子在设计空间中搜索最优位置的过程，最终得到最优结构形状。
粒子群算法能够处理连续和离散变量，并且具有较好的全局搜索能力，但也存在算法收敛速度较慢的问题。
三、基于有限元分析的结构拓扑优化方法在基于有限元分析的结构拓扑优化方法中，常用的算法包括密度法、演化法和排除法等。
有限元分析及优化设计
有限元分析及优化设计在工程实践中，有限元分析广泛应用于机械、航空航天、汽车、建筑等领域。
有限元分析通过离散化问题域，将连续的结构或系统用有限数量的离散单元来表示。
这些离散单元通常是三角形或四边形（在二维情况下）或四面体或六面体（在三维情况下）。
通过组装这些单元，并利用有限元法中的边界条件和加载来解决作用于结构或系统的力或载荷，并计算结构或系统的响应。
有限元分析的基本步骤包括：建立几何模型、离散化、分配材料性质和边界条件、求解方程、后处理等。
建立几何模型是指将实际的结构或系统的几何形状转换为数学模型，通常使用CAD软件进行建模。
离散化是指将几何模型划分为离散的单元，通常使用网格生成软件完成。
分配材料性质和边界条件是为每个单元分配相应的材料性质和定义边界条件，例如约束和载荷。
求解方程是指通过求解有限元方法得到的代数方程组，得到结构或系统的响应。
后处理是指对计算结果进行分析和解释，包括应力、变形、振动等。
优化设计是指通过改变结构或系统的设计参数，使其满足给定的性能要求和约束条件，并最大化或最小化一些性能指标。
优化设计可以应用于各个领域，例如结构优化、拓扑优化、形状优化等。
优化设计通常使用数值优化算法，例如遗传算法、粒子群优化、模拟退火等。
有限元分析和优化设计可以相互结合，实现结构或系统的性能改进。
在有限元分析的基础上，可以通过优化设计方法找到最优设计方案，使得结构或系统在给定性能要求下具有较高的效率和可靠性。
例如，在机械设计中，可以通过优化设计改进零件的强度和刚度，减小零件的重量和体积；在航空航天领域，可以通过优化设计来提高飞机的气动性能和结构强度，降低燃料消耗。
总之，有限元分析和优化设计是一种重要的工程设计方法，通过建立数学模型，应用数值计算方法进行仿真分析，并通过优化设计方法优化结构或系统。
有限元分析和优化设计的结合可以实现结构或系统的性能改进，提高产品的竞争力和可靠性。
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目录
目录 (1)
1. 优化设计基础 (2)
1.1 优化设计概述 (2)
1.2 优化设计作用 (3)
1.3 优化设计流程 (3)
2. 问题描述 (4)
3. 问题分析 (5)
4. 结构静力学分析 (6)
4.1 创建有限元模型 (6)
4.2 创建仿真模型并修改理想化模型 (7)
4.3 定义约束及载荷 (7)
4.4 求解 (8)
5. 结构优化分析 (9)
5.1 建立优化解算方案 (9)
5.2 优化求解及其结果查看 (11)
6. 结果分析 (13)
7. 案例小结 (14)
1.优化设计基础
1.1优化设计概述
优化设计是将产品/零部件设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学规划理论，采用适当的优化算法，并借助计算机和运用软件求解该数学
模型，从而得出最佳设计方案的一种先进设计方法，有限元被广泛应用于结构设计中，采用这种方法任意复杂工程问题，都可以通过它们的响应进行分析。
如何将实际的工程问题转化为数学模型，这是优化设计首先要解决的关键问题，解决这个问题必须要考虑哪些是设计变量，这些设计变量是否受到约束，这个问题所追求的结果是在优化设计过程要确定目标函数或者设计目标，因此，设计变量、约束条件和目标函数是优化设计的3个基本要素。
因此概括来说，优化设计就是：在满足设计要求的前提下，自动修正被分析模型的有关参数，以到达期望的目标。
1.2优化设计作用
以有限元法为基础的结构优化设计方法在产品设计和开发中的主要作用如下：
1）对结构设计进行改进，包括尺寸优化、形状优化和几何拓扑优化。
2）从不合理的设计方案中产生出优化、合理的设计方案，包括静力响应优化、正则模态优化、屈曲响应优化和其他动力响应优化等。
3）进行模型匹配，产生相似的结构响应。
4）对系统参数进行设别，还可以保证分析模型与试验结果相关联。
5）灵敏度分析，求解设计目标对每个设计变量的灵敏度大小。
1.3优化设计流程
不同的优化软件其操作要求及操作步骤大同小异。
一般为开始、创建有限元模型、创建仿真模型、定义约束及载荷，然后进行结构分析，判断是否收
敛，如果是的话，即结束操作；若不是，再进行灵敏度分析、优化求解、优化结果、更新设计变量，重复结构分析。
2. 问题描述
如图所示的三维模型为工程机械上常用的连杆零件，材料为铸体HT400，其结构特征是两端有回转孔，孔径一般不一致，中间为内凹结构，工作时其一侧大孔内表面3个平移自由度被限制，右侧小孔单侧承受力载荷。
假设该孔能承受的极限大小为8000N ，在原始设计的基础上对其中间的结构：中间肋板厚度、两侧肋板的宽度进一步进行结构优化，其中两侧孔径不能变动；两侧肋板宽度是采用尺寸约束，其表达式为P289。
图2.1 连杆的三维模型及其优化结构的特征名称
现在需要对上述肋板结构进行优化，优化的目标是整个模型的重量最小；约束条件是在不改变连杆模型网格划分要求、边界约束和载荷大小的前提下，参考计算出的位移和应力响应值后确定的，要求保证模型刚度安全欲度前提下，模型最大位移不超过0.04mm ；要求保证模型刚度的欲度前提下，控制最内孔边界约束 中间肋板
侧肋板 右单侧承受载荷
大应力值不超过材料屈服强度的65%（225MPa）。
设计变量1为中间肋板的厚度，其厚度是由拉伸特征的表达式决定；设计变量2为两侧肋板宽度。
3.问题分析
查询本实例模型所用材料的基本参数：连杆采用铸铁材料，对应于UG材料中的Iron_Cast_G40，密度为7.1e-006kg/mm3，杨氏弹性模量为1.4e+008mN/mm2，泊松比为0.25，屈服强度为345MPa。
本实例优化时采用两个约束条件和两个设计变量，首先需要采用SESTATIC101-单约束解算模块，计算出模型在边界约束条件和载荷条件下的位移和应力响应，以此来确定优化约束条件的基准值，优化时，设计变量可以采用经验来预判，也可以借助软件提供的功能更加精确地判断各个设计变量对设计目标的敏感程度。
优化设计过程也是一个迭代设计过程，最终是收敛于某个确定解，每迭代一次模型会自动更新，其中迭代参数根据需要可以修改，在保证迭代精度和可靠收敛的前提下，本实例设置迭代次数为10，也有利于减少计算时间。
4.结构静力学分析
4.1创建有限元模型
1）打开已画好的连杆草图，创建仿真，新建FEM，在有限元模型环境中，依次添加“材料属性”为“Iron_Cast_G40”；完成后继续添加“物
理属性”，在“Material”中选取“Iron_Cast_G40”。
2）在“网格补集器”中选择需要添加网格属性的实体，再对实体添加“3D四面体网格”，网格大小参数为2,；添加网格后，需利用“有限元
模型检查”对此网格进行检查，以确保结果的准确性。
连杆模
型网格划分效果如图4.1所示。
4.1 连杆模型网格划分效果
4.2创建仿真模型并修改理想化模型
新建仿真，在“创建结算方案”中“分析类型”为“结构”，“解算方案类型”为
“SESTATIC101-单约束”，勾选“迭代求解器”命令。
进入理想化模型环境中，利用“再分割面”将小圆孔内表面划分为两部分，为右侧添加单侧载荷提供便利。
面分割结果如图4.2所示。
面分割，单侧受力
4.2 面分割结果
返回到有限元模型环境中，更新有限元模型，完成之后，返回到仿真模型环境。
4.3定义约束及载荷
1)给大圆孔内侧施加“固定移动约束”。
2)给小圆孔右侧施加8000N的力，方向为X轴。
模型边界条件和载荷定义
后的效果如图4.3所示。
图4.3 边界约束和载荷定义
4.4求解
1)右击“Solution 1”节点，点击“求解”命令，求解完成后，双击“Result”节
点，进入后处理分析环境。
2)依次点击“Solution 1”→“位移-节点的”→“X”，得到该模型在X轴方向的
变形位移情况，如图4.4所示。
查看其最大位移值为3.464e-002mm，
结合优化设计的要求以及该值大小，可以初步确定模型变形位移的约束
条件。
图4.4 模型在X方向的位移云图
3)依次点击“Solution 1”→“应力-基本的”→“Von-Mises”，得到该模型的
Von-Mises应力分布情况，如图4.5所示。
查图其最大应力值为
198.1Mpa，没有达到模型材料屈服强度的60%，说明模型的强度在当
前情况下是满足条件的，同时，结合优化设计的要求及该值大小，可以
确定应力约束的的上、下值。
图4.5 冯氏应力云图
5.结构优化分析
5.1建立优化解算方案
1)右击***.sim节点，点击“新建解算方案类型”，选择“优化”命令，弹出“优化
解算方案”对话框，点击确定，出现“优化设置”对话框，如图5.1所示。
图5.1 “优化设置”对话框
2)依次按照要求对“定义目标”“定义约束”“定义设计变量”进行参数设置和修
改，完成后点击“显示已定义的设置”，出现如图5.2所示的信息框，相关修改的信息可以参考。
图5.2 检查设置的信息
3)修改“优化设置”对话框中的“最大迭代次数”为10，点击确定。
5.2优化求解及其结果查看
右击“Setup 1”节点，选择“求解”命令，系统将自动弹出Excel电子表格，并开始进行迭代计算，自动更新网格，如此反复迭代，试图收敛于一个解。
作业完成之后，显示优化结果，其中该表包括“Optimization”“Objective”“Link”三个工作表格。
“Optimization”工作表格主要显示设计目标、设计变量和约束条件迭代过程中的数值变化，如图5.3所示；“Objective”主要表现模型重量（Y轴）和迭代次数（X轴）的迭代过程，如图5.4所示；“Link”主要表现p287的特征尺寸（Y轴）和迭代次数（X轴）的迭代过程，如图5.5所示。
图5.3 “Optimization”工作表
图5.4 “Objective”工作表
图5.5 特征尺寸收敛工作表
点击“Design Cycle 1”→“位移-节点的”→“X”节点，第一次迭代的位移云图如图5.6所示，第十次迭代的位移云图如图5.7所示。
图5.6 第1次迭代后X轴方向位移云图
图5.7 第10次迭代后在X轴方向位移云图
6.结果分析
通过上述仿真结果可以看出，X轴向型变量从0.03091mm~0.03464mm不等，其中第十次迭代是轴向型变量最小的方案，在机械结构设计的过程中，型变量小的方案可以最大化的节约材料，达到重量最小的优化目标，故第十次迭代是最优方案。
7.案例小结
本实例以连杆为优化对象，以重量最小作为优化目标，确定位移和应力响应的极限值作为约束条件，以模型中某个特征尺寸和草图尺寸作为设计变量，在上述优化的基础上，还可以进行如下的操作：
1)在上述优化的基础上，对约束条件进行编辑，对设计变量的数量和范围进
行修改，重新对模型进行优化操作，还可以根据设计的要求去修改约束目标，将重量最小修改为应力最小，再对模型进行优化操作，求解出最佳优化结果。
2)进一步利用系统提供的分析功能，确定各个设计变量相对于设计目标更加
优化的变量值，这有利于迭代计算更加可靠的收敛和减少运算时间。
3)随着有限元和优化计算理论的不断提出和运用，优化技术已经不局限在某
几个结构尺寸了，逐渐往拓扑几何、形貌形状和自由尺寸等方面发展，也会渗透到产品设计的各个阶段。