基于有限元分析的结构优化设计方法的研究_李曼丽
基于有限元分析的挡土墙结构优化研究
基于有限元分析的挡土墙结构优化研究挡土墙是土木工程中常见的一种边坡支护结构，其作用是抵抗土体自重和侧压力，保护边坡的稳定。
在挡土墙的设计中，优化结构是提高结构性能和经济性的关键。
基于有限元分析的挡土墙结构优化研究旨在通过有限元分析方法，评估挡土墙结构的性能，进而寻求最优的结构方案。
本文将针对挡土墙结构的优化进行详细研究，包括结构参数的选取、有限元模型的建立、分析方法的选择和结果的评估等方面。
首先，结构参数的选取是挡土墙优化设计的基础。
挡土墙结构包括墙体几何参数和材料参数等。
在选取墙体几何参数方面，需要考虑墙体的高度、底宽、顶宽、坡度等因素。
而在选取材料参数方面，需要考虑墙体的抗折强度、抗滑强度、抗倾覆能力等指标。
通过在一定范围内变化这些参数，可以得到不同结构方案的有限元模型。
其次，有限元模型的建立是进行优化研究的关键。
有限元模型应该准确地描述挡土墙的力学行为，并能够反映实际工程中的各种受力和变形情况。
一般来说，有限元模型应包括挡土墙结构、土体、支护设施等各个组成部分。
在建立模型时，还需根据实际情况考虑边界条件，如土体的边界约束和荷载的施加方式等。
第三，选择合适的分析方法进行挡土墙结构的有限元分析是优化研究的关键环节。
有限元分析方法主要包括静力分析和动力分析。
对于挡土墙这种静力结构，一般可以采用静力分析方法，例如采用平衡法、变分原理或有限元法求解结构的受力和变形情况。
在分析过程中，还需考虑土体的非线性特性、构筑物与土体的接触条件等。
最后，通过有限元分析的结果来评估不同结构方案的性能，进而确定最优方案。
评估指标主要包括挡土墙结构的受力性能、变形性能和经济性能等。
通过比较不同结构方案的评估指标，可以得到最优的挡土墙结构设计。
综上所述，基于有限元分析的挡土墙结构优化研究是一个复杂而重要的课题。
在研究中，需要选取合适的结构参数、建立准确的有限元模型、选择适当的分析方法，并通过评估指标确定最优设计方案。
通过这些研究内容的探索和分析，可以得到性能更好、经济性更高的挡土墙结构设计，提高工程的稳定性和安全性。
基于ANSYS的结构优化设计方法
基于ANSYS的结构优化设计方法
王云仓
【期刊名称】《水科学与工程技术》
【年(卷),期】2005(000)0z1
【摘要】结构优化设计是一种寻找确定结构最优设计方案的技术,由于寻优需要进行大量的试算,而工程设计人员却往往得不到足够的设计周期,尤其是基于有限元技术的优化.美国大型有限元通用软件ANSYS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,也实现了目标最优.
【总页数】2页(P11-12)
【作者】王云仓
【作者单位】天津大学,建筑工程学院,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】TV3
【相关文献】
1.一种基于ANSYS的结构优化设计方法研究 [J], 应鸿烈
2.基于ANSYS的结构优化设计方法 [J], 张爱玲;蒋岚;成波
3.基于ANSYS的结构优化设计方法 [J], 王云仓
4.一种基于ANSYS的改进结构优化设计方法 [J], 仲济涛;张京军;何丽丽;高瑞贞
5.基于ANSYS的拖拉机传动装置结构优化研究 [J], 赵永刚
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基于有限元分析下的水下机器人优化
基于有限元分析下的水下机器人优化随着科技的不断发展，水下机器人在海洋勘探、水下作业等领域发挥越来越重要的作用。
为了使水下机器人更加适应各种复杂环境，提高其工作效率和稳定性，有限元分析成为了优化水下机器人的重要手段之一。
有限元分析是一种数字求解方法，通过将连续介质离散成有限数量的单元，求解每一单元的应力和变形状态，进而得到整个结构的应力和变形分布情况。
在水下机器人的优化中，有限元分析可以用于估算机器人各部分的载荷和应力分布，确定不同材料的强度和刚度，评估机器人的稳定性和可靠性。
水下机器人设计优化的目标通常是减小重量、提高结构强度、提高速度和稳定性、降低动态响应等方面。
有限元分析可以根据目标来模拟机器人运动的各个方面，并对设计方案进行优化和修改。
通过优化设计，有限元分析可以评估设计变化对整体结构性能的影响，以及对机器人使用的可靠性和稳定性的影响。
在水下机器人设计中，需要考虑许多因素，如水动力特性、机器人运动特性、腐蚀和碰撞等。
有限元分析可以模拟不同的物理情况，并且可以提前检测可能存在的问题。
例如，在不同海况下，根据有限元分析的结果，可以优化机器人的外形和材料，以获得更好的水动力特性和减少对机器人造成的损害。
另一个重要的优化方案是改善水下机器人的稳定性，以保证其在水下环境中的可控性。
有限元分析可以模拟机器人在不同海况下的运动特性，预测机器人的响应和稳定性。
针对性的改善和优化机器人的运动系统和控制系统，以增加机器人的稳定性和响应性。
总之，有限元分析在水下机器人的设计优化中发挥着非常重要的作用。
通过有限元分析，可以深入了解机器人的性能和稳定性，从而改进设计并实现更加有效的控制。
随着有限元分析技术的不断发展，它将会在其他领域中发挥更多的作用，如航空、汽车、建筑等。
基于有限元分析的Ⅱ型弹条结构优化
使 用 和适应 铁 路高 速化 、 重 载化 的发 展需要 ， 对 弹条
Ⅱ型扣 件 的核 心 部 件 ｃ ｏ 形 弹条 进 行 结 构 优 化 就 显
得 意义 重大 。
１ 有 限元 优 化 设 计 的基 本 原 理
１ ． １ 优 化 设 计 的 数 学 描 述
刘 莺春 ［ １Biblioteka 在 维 持 既有 扣 件 的整 体 结 构 情 况 下 ，
收稿 日期 ： ２ ０ １ ７ — ０ ４ — １ ０
设 计 变量 亩 和 亩 的函数 。 在有 限元 优 化设 计 中 ， 目标 函数 对设 计 变 量 的 响应 不是 通过 显 式 约束 方 程 计 算 得 到 ， 而 是 通 过 有 限元 分析 得 到 ， 因此 上 述 数 学 表 达式 在 有 限元 优 化
哭 １
基于有限元分析 的 Ⅱ型弹 条结构优 化
李 文 明
（ 中 交 隧 道 工 程 局 有 限公 司 北 京 分 公 司 ， 北京 １ ０ ０ １ ０ ５ ）
摘
要： 以 Ⅱ型 弹条 的 结 构 参 数 为 设 计 变 量 ， 扣压力 和最大等效应力 为状态变量 ， 弹 条 体 积 为 目标 函数 ， 利 用
ＤＯＩ ： １ ０ ． １ ３ ２ １ ９ ／ ｊ ． ｇ Ｊ ｇ ｙ ａ ｔ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ３ ． ０ １ ２
中 图分 类 号 ： Ｕ２ １ ３ ． ５ ３ 文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ３ ９ ５ ３ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ３ — ０ ０ ４ ３ — ０ ４
较长 ， 新 Ⅱ型及 ⅢＡ 型混 凝 土枕 在 今 后 相 当长 的一
过 建立 符合 实 际 的弹 条 有 限 元模 型 ， 很好 地 对 系统
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。
基于有限元分析的结构优化算法研究
基于有限元分析的结构优化算法研究结构优化算法是现代机械设计中的一个重要研究领域，其目的在于通过优化结构形状、材料和力学性能，以达到更好的性能和更小的重量。
而其中一个基本的工具就是有限元分析，即把实际结构化为有限数量的基本构件（单元），通过数学方法推导出这些构件的力学行为，最终推断出整个结构的性能。
本文将从有限元分析的基本原理和优化算法的具体实现入手，介绍一些最近的研究成果和前沿技术。
一、有限元分析的基本原理有限元分析的基本思路是把实际结构分解为多个简单的几何体，通过应力、应变等力学特性来建立这些几何体的力学模型，再通过数学解析或计算机模拟的方式求解这些模型得到结果。
这种方法要比传统的静力学模拟更加灵活和精确，可以得到细节更为丰富的仿真结果。
在实际建模过程中，有限元方法通常采用以下四个步骤：1. 基于实际工程中具体的结构，细分为多个单元，这些单元可以是三角形、四边形或六边形等基本图形，不同形状的单元可以组合在一起，形成较为复杂的结构体系。
2. 将这些单元与边界进行连接，构成整个结构的网格模型。
这个过程需要保证单元之间的连续性以及与核心部件之间的完整性。
3. 在单元和边界之间定义适当的物理特性和约束条件，进行边值问题的数学描述，以此来设计求解算法。
4. 解决边界值问题，利用数学方法和计算机技术，模拟出结构在实际工程中可能遇到的各种情况，并以此作为对其性能评估的基础。
二、结构优化的实现方法结构优化方法需基于优化策略、目标和约束等要素，以求解最优解。
而目前较为常用的几种算法包括：1. 遗传算法：将一些特定的参数集合，作为代表最初的种群，并随机进行变异、交叉等操作，以寻找到最优化的解决方案。
2. 粒子群算法：该算法将探索问题的解决方案和计算群体的概念相结合，其核心在于通过模拟粒子的运动方式，逐步接近最优的解决方法。
3. 星形图算法：该算法则是基于分治法来求解解决方案，从而找到最优的解决方案，来不断优化原有设计。
基于有限元分析的风力发电机组结构优化设计
基于有限元分析的风力发电机组结构优化设计1. 引言风力发电作为一种可再生能源的重要形式，已逐渐成为人们关注的焦点。
风力发电机组的结构设计是提高其效能和可靠性的重要方面。
有限元分析作为一种重要的工程分析方法，可以用于优化风力发电机组的结构设计，提高其性能。
本文将基于有限元分析，探讨风力发电机组结构的优化设计方法。
2. 风力发电机组结构分析首先，我们需要对风力发电机组的结构进行详细的分析。
风力发电机组通常由风轮、主轴、发电机和塔构成。
其中，风轮是最关键的部件之一，其承受着风力的作用，并将其转化为机械能。
主轴将机械能传递给发电机，通过发电机将机械能转化为电能。
3. 有限元分析在风力发电机组结构设计中的应用有限元分析是一种基于数值计算的工程分析方法，可以用于优化风力发电机组的结构设计。
通过有限元分析，可以对风力发电机组的结构进行模拟和仿真，得到其受力情况和变形情况，进而进行优化设计。
3.1 风轮受力分析首先，对风轮进行受力分析是风力发电机组结构设计的重要一步。
风轮在运行过程中承受着风力的作用，因此需要对其受力情况进行分析。
通过有限元分析，可以模拟风轮在不同风速下的受力情况，进而确定其最大受力点和受力分布情况。
3.2 主轴及连接部件的优化设计主轴及连接部件在风力发电机组中起着关键的作用。
通过有限元分析，可以对主轴及连接部件进行优化设计。
例如，可以通过仿真和分析，确定主轴的合适材料和截面尺寸，以提高其强度和刚度。
同时，还可以对连接部件进行优化设计，确保其在运行过程中不会出现破裂或松动等问题。
3.3 塔的结构分析与设计塔是支撑风力发电机组的重要组成部分，其结构的合理性直接影响到整个机组的稳定性和安全性。
通过有限元分析，可以对塔的结构进行模拟和分析，确定其在不同载荷下的变形情况和应力分布。
进而，可以对塔的结构进行优化设计，以提高其刚度和稳定性。
4. 结果与讨论通过以上的有限元分析和优化设计，我们可以得到风力发电机组结构的优化设计结果。
基于Abaqus的某国六柴油机主轴承壁计算分析
POPULAR AUTO设计与创新基于Abaqus的某国六柴油机主轴承壁计算分析李曼利合肥和安机械制造有限公司技术中心 安徽 合肥 230601摘 要 利用有限元分析方法对某国六柴油机主轴承壁强度，疲劳特性进行仿真分析，重点对缸体、主轴承盖应力分布，高周疲劳、主轴承盖滑移量、冷、热状态轴瓦背压进行模拟计算。
模拟结果表明：缸体、主轴承盖的应力分布，轴瓦背压均满足强度使用要求；高周疲劳安全系数均高于1.1的最低限值要求，满足高周疲劳要求；主轴承盖最大滑移量为6μm，满足小于10μm的限值要求。
模拟分析结果为主轴承壁的设计提供了有力支撑。
关键词 主轴承壁；有限元；强度；疲劳前言发动机缸体主轴承壁作为支撑曲轴连杆机构的重要部位，在发动机工作过程中，长期承受着运动载荷，同时气缸燃气压力通过活塞、曲柄连杆机构传递到主轴承壁上，因此主轴承壁强度、疲劳分析对于发动机正常工作至关重要。
1 有限元模型的建立1.1 主轴承壁有限元模型建立将ProE三维数模导入到Hypermesh软件中进行网格划分，网格单元使用10节点四面体单元，单元类型为C3D10M。
针对模拟分析的重点部位，诸如轴承盖、螺栓孔及油孔部位使用更加细密的ISO 网格进行划分，以便增加有限元模拟计算的准确性。
具体的主轴承壁有限元网格划分模型如下图1所示。
每个主轴承壁模型包括缸体一部分、主轴承盖、上下轴瓦、定位销和主轴承螺栓。
其中缸盖结构对模拟结果影响很小，故采用简化结构，以加载缸内气体爆发压力。
（a）主轴承壁有限元模型 （b）轴承盖有限元模型 （c）轴瓦有限元模型图1 主轴承壁及相关部件有限元模型1.2 材料参数选取材料参数的选取准确与否直接关系到数值模拟分析的准确性，表1是主轴承壁的主要计算输入材料参数，重点是缸体和主轴承盖，主要涉及到材料密度、弹性模量以及泊松比等相关宏观参数。
表1 主轴承壁部件主要计算输入材料参数部件材料名称密度（T/mm3）弹性模量（MPa）泊松比缸体HT2507.2e-9 1.15e50.26主轴承盖HT2507.2e-9 1.15e50.26轴瓦钢7.8e-9 2.12e50.3固定螺栓钢7.8e-9 2.12e50.3POPULAR AUTO 设计与创新1.3 计算载荷和边界条件定义主轴承分析中输入载荷包含装配载荷以、缸盖爆发压力以及轴瓦EHD力。
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基于有限元分析的结构优化设计方法的研究The research of a structure optimization design method based on FEA李曼丽，杨志兵LI Man-li ，YANG Zhi-bing（北京理工大学 机械与车辆学院工业工程研究所，北京 100081）摘 要：提出一种新的结合有限元分析和参数化建模的结构优化设计方法，并利用单参数分析和多参数分析进行阐述。
在该方法中，首先建立产品的参数化FE模型，实现修改参数后自动更新产品模型并进行计算；其次利用二次开发设计用户界面，通过单参数分析评价各参数对产品结构性能的影响程度，通过多参数分析在修改两个参数的条件下，基于权衡研究找出产品结构最佳优化方案；最后提出一种根据权重评价多参数修改条件下的设计方案的思路。
关键词：结构优化设计；有限元分析；参数化FE模型 中图分类号：TH122;TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2013)09(下)-0123-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2013.09(下).37收稿日期：2013-05-21作者简介：李曼丽（1990 -），女，河南周口人，硕士，研究方向为CAD/CAE 。
0 引言如今，竞争日趋激烈的环境迫切需要企业快速开发出高质量的产品，为了在降低成本同时改善产品的性能，对产品进行结构优化设计是具有实际意义的。
结构优化是在满足最优结构性能时能自动生成机械零件设计的一种方法，它能够在成本较低的情况下满足设计要求。
最优结构性能可能是产品的质量较轻或者便于操作者使用[1] 。
在过去的一段时间内，很多学者对机械产品如液压挖掘机、飞机零件等的结构优化设计做了一些研究[2]，验证了有限元分析（FEA ）在分析产品结构性能时所体现的重要意义的意义。
FEA 是对已知工作载荷和边界条件下的结构强度计算的最强大的一门技术。
随着并行工程以及DFX 技术的发展，FEA 已成为设计过程中的关键步骤。
最初FEA 只是用来在设计最后验证设计的合理性，现在已经应用到设计整个过程，尤其是在上游设计阶段[3]。
然而，传统用于结构优化的FEA 技术需要花费大量的时间，不能满足快速响应的需求，因此关于FEA 的进一步的研究目前引起了学术界的注意。
Qiao L.H.等提出了一种基于工程仿真的混合优化设计方法，并以钳臂为例进行验证该方法[4]。
通过总结前人的研究成果，其中一些研究也提出了参数建模方法，可以有效减少设计时间，并提高设计质量。
Liu Z.C.等同归对VC+ +和ANSYS 的APDL 语言进行结合开发，完成了YJ32液压机下梁的有限元优化设计[5]。
基于有限元分析和参数化建模这两个基本理论，本文提出了一种结构优化设计方法，可以帮助设计者短时间内找出产品的最优设计，最后以电焊钳钳臂为例验证该方法的有效性。
1 基于FEA 的强度分析强度是产品设计过程中最基本的设计要求，为了测试产品是否能够承受工作载荷，需要进行有限元分析得到最大应力和最大位移，并与产品所用的材料性能进行比较。
另外，设计者可以考虑采用加强筋或加强套，或者改变关键尺寸来提高产品的强度。
通常情况下，有加强筋的钳臂可以承受更大的负载，直径尺寸大一些的使用寿命较长，但同时重量也增大，因此设计者要对强度和重量进行权衡，找到最优设计。
强度分析被广泛用于获得特定负载条件下的结构的最佳强度/重量比。
Zhang B.等利用FEA 技术，通过参数研究方法分析内燃机的气缸盖直径这一关键参数，验证了气缸盖的结构设计中存在一个理想的参数匹配点[6]。
参数和最大应力之间的匹配关系有助于产品设计。
本文从两个方面阐述了一种新的结构优化设计方法：单参数分析和多参数分析。
1）单参数分析产品结构的很多参数都会影响结构性能，并且影响的程度不同。
因此，可以通过单参数分析方法找出相对重要的影响参数。
在固定其他参数的时候修改其中一个参数的值，可以得出一系列的强度分析结果，通过分析结构的趋势来判断该参数的重要性。
例如，当钳臂的长度以50mm的间距变化时，钳臂的最大应力和位移发生明显的改变，因此，长度是影响钳臂结构的一个重要的参数。
类似地，可以判断其他参数的重要性，并给出权重。
2) 多参数分析更多的时候，产品结构设计时往往会同时考虑两个或更多的参数，可以称为一个组合。
因此，可以通过同时修改一组参数的值得出强度分析结果，找出满足设计要求的相对优化的设计。
另外，设计人员在经验积累的基础上，往往会采用一些固定参数组合，如钳臂的直径和握杆直径在设计过程中是一一对应的。
基于经验的设计并没有经过验证，其实用性不一定可靠，因此可以通过多参数分析，同时修改这两个参数，得出若干组合，经过分析得出相对优化的组合。
2 FE模型的建立有限元建模是有限元分析的关键部分，只有当CAD模型建立之后才能开始结构的有限元分析。
CAD模型不能直接用来进行有限元分析，当导入到CAE分析平台之前还需要进行几何模型简化包括特征简化、特征抑制和特征删除。
通过参数化CAD模型生成FE模型是非常重要的部分[7]。
传统的有限元分析过程包括：几何模型的建立，几何模型的简化，单元网格划分，边界条件及载荷处理，计算模型，分析结果。
在优化设计过程中，前四个过程都是重复的，每一次修改模型都需要重复工作，浪费了大量的时间。
参数化有限元建模技术在模型修改频繁的设计过程中具有很大的作用，CAD模型的几何特征都被赋予特定的参数，只要修改这些参数就能够实现模型的自动更新，避免了结构优化过程中一个个修改特征并进行前处理造成的时间浪费，同时也提高了模型质量[8]。
要实现结构优化，设计者必须找出影响结构设计的主要参数，优化方法高度依赖于用户自定义参数。
首先，分析产品的结构模型并提取出特征尺寸，包括驱动尺寸和从动尺寸，都影响着产品的结构；其次，根据特征尺寸定义参数，利用公式把尺寸与用户自定义参数关联起来；最后，创建规则与检查，基于过去的经验和知识避免不合理的设计，如钳臂的直径一般是45~60mm，间隔为5mm。
如图1所示，对钳臂模型进行参数化，并编辑参数、特征尺寸、规则等，生成参数化模型，然后进行特征清理、网格划分以及边界条件处理生成FE模型。
其中，参数化模型中很多细节是有限元分析中所不需要的，如冷却水管、O型圈等零件以及小孔、槽、倒角等特征，对分析结果没有多大影响，却增加了分析复杂程度，应该进行清理。
当修改用户自定义参数时，FE模型自动更新，节约了FE建模时间。
3 结构优化设计方法流程在结构优化设计过程中，模型需要频繁修改并分析。
传统的方法需要不断地从CAD平台切换到CAE平台，花费很多时间，并且参数化建模技术使得修改参数时能自动更新模型，但是一个个手动操作比较繁琐，自动化程度较低，因此，期望设计时能在一个平台上进行所有的操作。
通过二次开发设计面向对象的界面，实现设计自动化。
本文介绍的新的优化设计方法，1）可以快速生成有限元分析模型；2）可以批量分析给定参数范围内的模型；3）根据分析后的数据作图分析，确定最优设计方案。
该方法与传统方法的流程的对比如图2所示。
通过对比可以看出，传统的优化设计方法，每一个设计周期都要在CAD和CAE平台上切换，在新的优化设计方法中，所有的操作都可以在所开发的优化设计平台上进行；在“计算”步骤，传统方法只能得到一个结果，新方法中可以生成给定参数范围内的所有组合的有限元模型分析的结果；传统方法一次分析一个结果，根据以往的数据进行对比，如果结果丢失只能重新计算，新方法可以自动生成EXCEL表，并把结果绘制成折线图，方便对比并保存，避免了设计过程中的重复建模。
通过二次开发技术开发结构优化设计界面，实现自动分析代替手动操作；另外，参数化有限元模型在本方法中也是必不可少的因素，这两个方面是实现本文提出的新优化设计方法需要完成的任务。
4 实例验证以电焊钳钳臂为例验证该方法，电焊钳是用于汽车白车身焊接的一种设备。
传统的钳臂设计往往是设计人员采用经验公式计算最大应力，结果不精确并且很难得到重量值，从而无法通过强度/重量比权衡得出钳臂的优化设计方案。
4.1 结构优化设计界面开发二次开发可以满足用户的多种多样的需求。
本文以CATIA V5平台为例，通过VB 6.0进行二次开发，实现的结构优化设计界面如图3所示，当修改模型的参数时，可以自动更新有限元模型，避免操作失误，使得不具备专业的FEA技术知识的一般设计者也可以使用该界面进行分析。
在机械产品结构性能分析中，通过经验公式得到的结果虽然有一定的参考性，但并不精确，另外，对钳臂的产品进行优化设计时，除了最大应力和最大位移值，还需要知道产品整个重量，从而判断是否满足应用要求，如果一个钳臂满足强度要求，但是很重，不方便操作使用，这样的设计是失败的。
在结构优化设计界面中输入需要的参数，就会自动生成给定参数范围内的最大应力、最大位移和重量的值在EXCEL表中，要比根据公式得到的结果精确得多，然后通过权衡分析找出最佳设计方案。
假如选择“Arm Type”和“Arm length”两个参数进行多参数分析，并根据设计要求设置参数范围，如图3所示，计算机将会自动计算出6种钳臂直径（见表1）和4种钳臂长度的24种钳臂组合的分析结果。
表1 6种钳臂类型的不同尺寸组合类型T1T2T3T4T5T6钳臂直径 (mm)404545506060握杆直径 (mm)242428283235 4.2 分析结果讨论根据设计人员的经验分析，钳臂直径和握杆直径往往是对应的组合，包括宽度和长度等参数都是影响钳臂结构性能的关键参数。
目前，钳臂设计往往采用6种钳臂直径组合，如表1所示。
将钳臂的其他参数固定，length=500mm, w i d t h_1=250m m,w i d t h_2=150m m,h o l d e r图1 由3D模型转化为参数化FE模型图2 传统优化方法和本文优化方法对比(a) 传统方法 (b) 本文方法图3 结构优化设计界面angle=0°, bending angle_1=115°, bending a n g l e_2=120°，然后选择“A r m T y p e”和“Rib”两个参数进行多参数分析，将会计算12种钳臂模型，有加强筋的6种钳臂直径模型和没有加强筋的6种钳臂模型。
计算结果自动生成两个折线图，如图4所示，其中，Stress1、Dis1和Mass1分别代表有加强筋的钳臂的最大应力、最大位移和重量，类似地，Stress2、Dis2和Mass2分别代表无加强筋的钳臂的最大应力、最大位移和重量。
根据分析结果，可以找出给定载荷下满足强度要求的最优方案，尽量是承受最小的应力和位移。