基于ANSYS分析的平面桁架结构优化设计
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?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。
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的平面桁架有限元分析.
PREP7 !* ET,1,LINK180 !* R,1,10, ,0 !* !* MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,2.0e6 MPDATA,PRXY,1,,0.3 WPSTYLE,,,,,,,,0 WPSTYLE,,,,,,,,1 WPSTYLE,,,,,,,,0 WPSTYLE,,,,,,,,1 FLST,3,1,8 FITEM,3,0,0,0 N, ,P51X FLST,3,1,8 FITEM,3,30,0,0 N, ,P51X FLST,3,1,8 FITEM,3,0,30,0 N, ,P51X FLST,3,1,8 FITEM,3,30,30,0 N, ,P51X FLST,3,1,8 FITEM,3,60,30,0
5
数值解与解析解的比较与分析
求出了平面桁架的数值解与解析解，现将两 者的结果进行列表对比
数值解与解析解的比较与分析
表2 整体坐标系下各节点的位移(in)
节点 解析解
U1x 0 0
U1y 0 0
U2x -0.0029 -0.002925
U2y -0.0085 -0.0084404
U3x 0 0
U3y 0 0
基于AN限元分析
平面桁架是工程中常见的结构，本文基于ANSYS平台对平面桁架进行有 限元分析。 首先通过有限元法的理论知识求得平面桁架在一定工况下的理论值，然 后利用ANSYS进行分析得到数值解，最后通过比较理论解与数值解得出结论。 利用ANSYS对平面桁架进行有限元分析，可以提取其他分析结果，对深 入研究平面桁架问题提供了强有力手段，也对其他结构问题的有限元分析具 有指导性意义与价值。
数值解与解析解的比较与分析
表4 单元①的内力与正应力（lb）
平面桁架ansys分析
作业一 平面桁架ansys 分析用ansys 分析图1。
设250.1,100.2cm A MPa E =⨯=。
图11 设置计算类型Preferences →select Structural →OK2 选择单元类型Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add →Link 3D finit stn 180 →OK 3 定义实常数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants… →Add… →select Type 1→OK →input AREA:1 →OK →Close (the Real Constants Window)4 定义材料属性ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.0e5, PRXY:0.3 →Material →Exit5 生成几何模型生成关键点，如图2.图 2ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →1(3,0),2(0,0),3(0,30) →OK生成桁架ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →Lines →Straight Line →依次连接点2→1→3→1→OK如图3.图36 网格划分，如图4.ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set →Pick All :OK→input NDIV: 1 →OK →(back to the mesh tool window)Mesh: lines →Mesh→Pick All (in Picking Menu) →Close( the Mesh Tool window)图 47 模型施加约束与载荷，如图5.分别给1,3两个关键点施加约束ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On Keypoints →拾取2→Apply →select Lab2:ALL DOF→Apply→拾取3→OK→select Lab2:UX→OK 给1关键点施加y方向载荷ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Keypoints →拾取特征点2→OK →Lab: FY, Value: -10→OK图 58 分析计算ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close the solve Current Load Step window) →OK9 结果显示，如图6.ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape→select Def + undeformed →OK (back to Plot Results window) →Contour Plot →Nodal Solu… →select: DOF Solution, Y-Component of displacement, Deformed shape with undeformed model →OK图6。
有限元上机实验：ANSYS桁架分析
机电工程学院有限元法课程设计学号：专业：学生姓名：任课教师：2016年5月桁架有限元分析本问题研究针对机器人腿部机体的受力变形研究。
在机器人的所有结构中，该结构受力较复杂，强度要求较高，需要对其进行受力分析并进行结构优化。
一、研究对象由等直杆构成的平面桁架如图1所示，等直杆的截面积为30cm2，弹性模量为E=2.1e5 Mpa，泊松比为μ=0.3，密度为7800kg/m3，所受的集中力载荷为2.0N。
分析该桁架的强度是否符合要求，给出约束节点的支反力、杆件受力以及受力节点的位移。
载荷：1.0e8 N图1 超静定桁架二、分析过程1.打开软件，更改文件名称和存储位置：File>Change Jobname and Change Directory 。
图2 更改文件名图3 更改存储位置2.选取有限元单元：Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add > Link > 3D finit stn180 > OK > Close。
图4 选取有限元单元3.定义截面积：Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete > Add > 输入截面面积“0.03”> Ok > Close。
图5定义截面积4.输入材料弹性参数：Preprocessor > Material Props > Material Models > Structural > Linear >Elastic > Isotripic > 输入弹性模量> 输入泊松比＞Ok > 关闭窗口> SA VE_DB 保存数据。
图6 输入材料弹性参数5.建立节点，坐标分别为(0,1) (1,0) (1,1) (2,1) ：Preprocessor >Modeling>Create>Nodes>On working Plane>选取点。
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。
简单桁架桥梁ansys分析
简单桁架桥梁ansys分析Ansys是一款广泛使用的有限元分析软件，可以用于各种工程结构的分析，包括桁架桥梁。
下面是一个简单的桁架桥梁分析的步骤，使用Ansys进行模拟。
一、建立模型1.创建新的分析：在Ansys中，首先需要创建一个新的分析。
选择适当的分析类型，例如静态分析或动态分析，根据需要进行设置。
2.创建几何体：在Ansys中，可以使用自带的建模工具创建几何体。
对于桁架桥梁，需要创建梁单元和节点。
梁单元用于模拟桥梁的横梁和纵梁，节点用于连接梁单元。
3.定义材料属性：为梁单元分配适当的材料属性，例如弹性模量、泊松比、密度等。
4.网格化：对几何体进行网格化，以生成有限元网格。
可以调整网格密度以获得更精确的结果。
5.边界条件和载荷：定义边界条件和载荷。
对于桁架桥梁，可能需要在支撑处施加固定约束，并在桥面上施加车辆载荷。
二、进行分析1.运行分析：在Ansys中，可以运行分析并观察结果。
可以使用后处理功能来查看结果，例如位移、应力、应变等。
2.检查结果：检查模型的位移、应力、应变等是否符合预期。
如果结果不符合预期，可能需要返回模型进行修正。
三、优化设计1.优化设置：在Ansys中，可以使用优化工具对模型进行优化设计。
设置优化目标，例如最小化总重量或最大化刚度。
2.运行优化：运行优化过程，Ansys将自动调整模型的参数以达到优化目标。
3.检查结果：在优化完成后，检查结果以确保满足设计要求。
四、验证模型1.确认模型的正确性：在完成优化设计后，需要确认模型的正确性。
可以通过与实验数据进行比较，或者与其他分析工具的结果进行比较来验证模型的准确性。
2.进行敏感性分析：可以使用Ansys的敏感性分析功能来确定哪些参数对模型结果影响最大。
这有助于在后续设计中更好地控制这些参数。
3.确认模型的可靠性：确认模型是否符合工程要求和规范。
如果模型满足所有条件，那么可以将其用于实际工程设计。
五、应用模型1.工程设计：在确认模型的正确性和可靠性后，可以将模型应用于实际的工程设计。
ansys优化桁架ppt文档
9
10
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13
14
15
0.1076 E-01
0.8359 E+08
0.1062 E-01
0.1164 E+09
0.1076 E-01
0.7388 E+08
0.1062 E-01
0.2272 E+08
0.1077 E-01
0.4708 E+08
0.1062 E-01
0.3377 E+08
0.1078 E-01
Ai Ai Ai (i=1, ...,1 5)
案例模型
案例模型 Ansys优化设计
问题解决 总结与经验
Ansys优化设计
Ansys桁架优化分析基本步骤
建立桁架 模型
静力分析
优化分析
优化结果 后处理
Ansys优化设计
表1 初始截面A=1时一阶优化截面大小及应力大小
截面号
1
2
3
4
5
6
7
8
15mami案例模型桁架结构优化问题的数学模型案例模型问题解决总结与经验ansys优化设计ansys优化设计建立桁架模型静力分析优化分析优化结果后处理ansys桁架优化分析基本步骤ansys优化设计初始截面a1时一阶优化截面大小及应力大小截面号01065e0101062e0101062e0101590e0101045e0101850e0107094e0201061e01截面应力07128e0701913e0802272e0801581e0901470e0901096e0901607e0901211e09截面号101112131415截面面积01076e0101062e0101076e0101062e0101077e0101062e0101078e01截面应力08359e0801164e0907388e0802272e0804708e0803377e0803168e08wt49021kgansys优化设计优化结果随优化次数变化规律ansys优化设计截面应力大小随优化次数变化规律ansys优化设计截面大小随优化次数变化规律ansys优化设计初始截面面积为0001时优化截面大小及应力大小截面号01065e0101062e0101062e0101532e0101045e0101743e0107094e0201061e01截面应力07127e0701909e0802273e0801646e0901463e0901660e0901433e0901095e09截面号101112131415截面面积01080e0101062e0101077e0101062e0101077e0101062e0101078e01截面应力08366e0801164e0907381e0802273e0804708e0803377e0803168e08wt48525kgansys优化设计优化结果随优化次数变化规律ansys优化设计一阶方法通过对目标函数添加罚函数将问题转换为非约束的一阶方法将真实的有限元结果最小化
ANSYS三杆桁架的优化设计(GUI操作)(论文资料)
下图所示为一个有3根杆组成的桁架，承受纵向和横向载荷，杆件的横截面面积和基本尺寸B在指定范围内变化，要求桁架的每根杆件承受的最大应力小于（800+学号最后两位数）MPa，试对该结构进行优化设计，使得桁架重量最少。
弹性模量E=220GPa；泊松比：0.3；密度ρ=7800kg/m3材料最大许用应力：σ=855MPa横截面面积变化范围：0.01～10cm2（初始值为10）基本尺寸B变化范围：1～2m（初始值为2）要求：写出操作步骤和命令流，定义工作文件名和工作标题为你的姓名拼音。
GUI操作方式：(1) 定义工作文件名和工作标题：1)定义工作文件名：Utility Menu- File-Change Jobname,输入文件名“litao”,单击“OK”。
2)定义工作标题：Utility Menu- File-Change Title,输入工作标题“litao”,单击“ＯＫ”。
(2) 定义参数和材料属性：１）定义参数初始值：Utility Menu-Parameters-Scaler Parameters, 分别在“Selection”’下面的输入栏中输入：B=2，A1=0.001，A2=0.001，A3=0.001。
”所得结果如图所示，单击”close”。
（变量B、A1、A2、A3即为设计变量）２）设置材料属性：Main Menu-Preprocessor-Material Props-Material Models,设置材料属性“EX=2.2e11,PRXY=0.3”，单击“OK”,设置如图所示，完成对材料属性的设置。
３）(3)定义单元类型及属性1)定义单元类型：Main Menu-Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete,在“Library of Element Type”左面的列表栏选择Structural Link”,右边的为“2D spar 1”如图所示，完成单元类型设置。
iSIGHT集成ANSYS在桁架优化设计中的应用
iSIGHT集成ANSYS在桁架优化设计中的应用摘要：利用大型有限元分析软件ANSYS对三维桁架进行参数化建模，采用iSIGHT优化设计平台构建了三维桁架优化设计系统，对该结构进行了优化分析，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进行重量最轻优化设计，节省了大量的工程材料。
优化结果表明该方法应用于结构优化设计是有效可行的。
关键词：ANSYS；三杆桁架；iSIGHT；优化设计1.引言在工程实践中经常会遇到桁架问题，三杆桁架结构式一种较为常见的结构，而桁架优化问题常是关注的焦点。
优化设计是一种寻找确定最优化设计方案的技术。
所谓最优设计，指的是一种方案可以满足所有的设计要求，并且所需的支出（如重量、体积、面积、应力、费用等）最小[1]。
最优化设计方案是一个最有效的方案。
设计方案的任何方面都可以优化，即所有可以参数化的选项都可以做优化设计。
工程上优化问题一般是采用数学规划并借助计算机编程来实现，但随着工程化优化设计的应用越来越广，计算机不能解决所有的问题。
本文采用大型有限元分析软件ANSYS对三杆桁架实现参数化建模，并采用iSIGHT软件对其集成优化，使其得到最优的设计尺寸，节省了大量的工程材料，并缩短了计算时间。
2.基本思路优化设计就是根据具体的实际问题建立其优化设计的数学模型[2]，然后根据数学模型的特性，并采用一定的最优化方法，寻找既能满足约束条件又能使目标函数最优的设计方案。
文中通过选用ANSYS作为主流分析软件对其进行分析，并在iSIGHT软件平台上将ANSYS集成起来的方法进行优化分析。
iSIGHT作为一种优化设计的工具，具有丰富的优化算法和多种代理模型方法，是一个开放的集成平台，它提供的过程集成界面可以方便地将各种工具（如商业CAD 软件、各种有限元计算分析软件及用户自行开发的程序等）集成在一起[3]。
ANSYS参数化设计过程中的关键部分是生成分析文件并保证其正确性，在分析文件中，模型的建立必须是参数化的，结果也必须用参数来提取，分析文件应当覆盖整个分析过程并且是简练的。
基于ANSYS的桁架结构优化
基于ANSYS的桁架结构优化【摘要】空间桁架结构广泛应用于工程各种领域，其结构的力学分析及优化，是桁架结构设计中的关键技术难题。
本文利用ansys 软件，采用apdl语言编制用户程序，对混凝土运输系统的桁架结构进行在四种不同设计方案进行优化比选，最终选择既满足工程实际又经济的桁架结构。
【关键词】 ansys 桁架结构优化选型1 工程概况混凝土运输系统是大体积混凝土工程顺利实施的关键。
混凝土熟料从拌和系统出来后经水平运输和垂直运输到浇筑作业面，施工中，根据地形、工程量、混凝土性质和企业能力等采用不同的运输方式。
对于水平运输，中小型工程一般采用斗车或罐车，大型工程一般采用罐车、自卸汽车或皮带机运输；对于垂直运输，中小型工程一般采用溜槽、人工翻仓、汽车吊、输送泵等，大型工程一般采用塔式起重机、门式起重机、塔带机和缆机等。
某水库是一座大（2）型水库，其进水塔为2级建筑物，相邻的两个进水塔高度分别为102m和86m，均为岸坡式建筑物，混凝土工程量13.2万m3，塔体采用限裂设计。
[1]结合两个进水塔均为岸坡式建筑物，根据现场地形确定了以下运输方案。
在施工道路旁架设皮带机（简称1#机）进行水平运输，通过铅直布设的box管进行垂直运输，box管的下端再架设一条皮带机（简称2#机）把混凝土输送给仓面布料机，360°旋转的仓面布料机两端挂直径420mm的象鼻溜管进行仓面布料，当完成2～3个浇筑层（一般每层3m）需要上升布料机时，用900tm塔式起重机把2#皮带机和布料机提升布设，进行下一循环的作业。
该方案虽然能够满足施工强度要求，资金投入相对较少，但亟待解决混凝土输送桁架结构选型这一技术问题。
2 桁架结构的有限元模型有限元模型建立是否恰当会直接影响到工程计算结果的可靠性。
所谓建立模型，就是结构的离散化，对结构施加约束条件和荷载，然后进行计算分析。
因此，选择合适的计算模型和单元模型是十分重要的。
本文中，在建立ansys模型时采用杆单元link8来模拟二力杆，可用梁单元beam4来模拟可承受拉、压、弯、扭的受力单元。
基于ANSYS的空间桁架结构拓扑优化设计
试论基于ANSYS的空间桁架结构拓扑优化设计摘要：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，并且也可以节省施工材料和成本，实现经济节能的建筑设计方案。
本文中，笔者就以基于ansys的拓扑优化的方式来对空间桁架结构设计的优化进行探讨。
关键词：ansys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ansys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。
基于ANSYS的平面刚架的优化设计
第5期
李
淼等 : 基于 A NSY S 的平面刚架的优化设计
147
表 1 目标函数与设计变量参数表
参数名称 目标函数 ( 体积 ) 设计变量 ( 立柱 ) 设计变量 ( 斜梁 )
基于 AN SYS 的平面刚架的优化设计
李
摘
淼, 张黎明
( 河南城建学院 土木工程 系 , 河南 平顶山 467001) 刚度要求 , 利用大型有限元分析软件 A NSY S 对一个 平面刚架 进 要: 为了以最少的原材料满 足结构强度、
行了优化设计 , 得到了体积、 立柱截面高度和斜梁截面高度等计算结 果 , 通 过分析比 较有限元计 算结果与理 论结果 , 验证了有限元计算结果的正确性 , 为此类 问题的最优化设计提供了参考 .
子模型近似法 理论值
148
河南师范大学学报 ( 自然科学版 )
2009 年
5
结 论
本文对一受集中力作用的门式刚架机构进行了基于有限元分析的截面形状优化设计 , 最终的优化结构: 总体积由初始的 0. 042 m 3 变化为 0. 076 3 m 3 ; 立柱高度由初始的 0. 085 m 变化为 0. 117 8 m ; 斜梁高度由初 始的 0. 155 m 变化为 0. 129 0 m . 与理论值比较 , 优化结果是合理的 . 可见 , 有限元最优化设计能够为工程技术人员提供结构概念性优化设计方法, 其分析计算过程不再依赖 人工结构分析, 减少了结构设计过程中不断重复设计计算所消耗的时间 , 缩短了设计开发的周期, 而且精度 也得到了提高, 从而提高了产品的质量 , 增强了企业的竞争力.
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。
平面桁架ANSYS有限元法分析实例
2. 前处理 （1）定义单位
从第二章可知，ANSYS中单位可以不定义，但建模时一定要 保证单位的一致。
已知：各杆的弹性模量E=2.0×105MPa，各杆截面均为A=0.5cm2，杆13长 为100cm，载荷P=2KN，试求平面桁架的内力和位移。
本题采用单位m-kg-s-N较简便，建模过程中 的所有参数都选用m-kg-s-N，相应计算结果 应力为Pa。
改为国际单位制：各杆的弹性模量E=2.0×1011Pa， 各杆截面均为A=0.5e-4m2，杆13长为1m，载荷 P=2000N。
（2）定义单元类型
单元类型
特点
结点数 结点自由度
适用
LINK1 LINK8 LINK10
二维杆单元，只承受 轴向的拉压力，不考 虑弯矩
三维杆单元，具有塑 性、蠕变、膨胀、应 力刚化、大变形、大 应变等功能。
平面桁架ANSYS有限元法分析实例
例3-1 设平面三角结构的桁架123如 图3-4所示。已知：各杆的弹性模量 E=2.0×105MPa，各杆截面均为 A=0.5cm2，杆13长为100cm，载荷P=2KN， 试求平面桁架的内力和位移。
解：传统分析方法
设杆12、杆23和杆13的内力分别为N1、N2和N3。在总体坐标系 x-y（或U-V）中，由力的平衡方程可以得到结点的内力值。
3.求解 （1）施加约束
• 本例中，点1为固定支座，点3为活动支座。 • 在节点1上，约束UX、UY； • 在节点3上，约束UY。
• 在节点1上，约束UX、UY，如图； • 在节点3上，约束UY。
（2）施加载荷
选节点2，按图示完成；
•apply-，选FY，输入-2000，OK。 施加载荷后，结果如图
仅受拉或受压的三维 杆单元，具有应力刚 化和大变形功能。
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文章编号:100926825(2007)2020054203基于ANSYS 分析的平面桁架结构优化设计收稿日期:2007201229作者简介:李炳宏(19822),男,后勤工程学院军事建筑工程系硕士研究生,重庆 400041李 新(19812),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ANSYS5.7对其按照重量最轻的原则进行了优化分析,实现了利用ANSYS5.7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:ANSYS ,有限元分析,平面桁架结构,优化设计中图分类号:TU323.4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ANSYS 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ANSYS 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ANSYS 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。
2)对已按常规方法完成设计的混凝土结构,进行抗火能力的验算,以满足相应的抗火要求。
除进行抗火计算外,加强结构的抗火构造措施也是提高结构抗火能力的一个重要手段。
需要研究和发掘实用、有效的抗火构造措施,以使结构的抗火能力得到保证。
3.4 火灾后混凝土结构的损伤评估和修复加固方法的研究在具体操作上,可采用观察与计算相结合的方法。
通过观察燃烧残留物的性状和分布,结构表观的物理特征,用回弹法、磁力探伤法、超声法、钻取芯样法、恒压恒速冲击钻法对重要部位进行现场或试验室检测,然后通过计算来确定结构的损伤度。
只有在确定了混凝土结构的火灾损伤度的前提下,才有可能制订出科学、合理的策略和方案,对受损混凝土结构进行修复和加固。
目前,对现有建筑结构加固方法的研究非常活跃,充分研究混凝土结构的火灾损伤特点,借助已有的加固方法和手段,应是火灾后混凝土结构修复加固研究的努力方向。
火灾作为一种多发的灾害,对人们的生命及财产造成惨重的损失。
建筑火灾对混凝土结构造成一定的损伤甚至整体的破坏。
研究混凝土结构的抗火性能,建立混凝土结构的抗火设计方法,建立抗火混凝土结构的损伤评估及修复加固方法,理应成为混凝土结构研究的一项重要任务。
建立我国的混凝土结构抗火设计规范和损伤评估及修复加固规程,应是混凝土结构抗火研究的中期目标。
参考文献:[1]董毓利.混凝土结构的火安全设计[M ].北京:科学出版社,2001.[2]李 卫,过镇海.高温混凝土的强度和变形性能试验研究[J ].建筑结构学报,1993(2):74275.[3]刘永军.钢筋混凝土结构火灾反应数值模拟及软件开发[D ].大连:大连理工大学博士学位论文,2002.5.[4]过镇海,时旭东.钢筋混凝土的高温性能及其计算(第一版)[M ].北京:清华大学出版社,2002.[5]时旭东,过镇海.高温下钢筋混凝土受力性能的试验研究[J ].土木工程学报,2000(4):76277.Investigation on state 2of 2the 2art of f ire 2resistance design for concrete structuresWU Wen 2fa WANG H ong 2yongAbstract :This paper summarizes the state 2of 2the 2art of the research reset on fire 2resistance performance of reinforced concrete structures ,pro 2poses the development of researches on fire 2resistance design of reinforced concrete structures ,brings forward the design method of fire 2resis 2tance of concrete structures based on calculation and makes suggestions to the content of the regulation about fire 2resistance design of concrete structres.K ey w ords :concrete structure ,fire 2resistance performance ,fire 2resistance design・45・第33卷第20期2007年7月 山西建筑SHANXI ARCHITECTURE Vol.33No.20J ul. 2007 2)状态变量是因变量,是设计变量的函数,通过它可以约束设计。
3)目标函数是设计变量的函数,是希望尽量减小的数值,改变设计变量的数值将改变目标函数的数值。
4)分析文件是ANSYS 命令流输入文件,包括完整的分析过程,必须包含参数化模型,用参数定义模型并指定设计变量、状态变量和目标函数,由它生成循环文件,并在优化计算中循环处理。
3 实例分析3.1 问题描述如图1所示为一个六杆平面桁架结构模型,按照重量最轻原则,进行该平面桁架的结构优化设计。
3.2 基本参数外加荷载:F =800kN 。
分析中使用如下材料特性:弹性模量:E =2.06×105MPa ;泊松比:0.3;材料密度:7.8×103kg/m 3;容许应力:215MPa 。
分析中使用如下几何属性:横截面积变化范围:0.003m 2～0.3m 2。
3.3 建立优化设计数学模型设桁架各杆的横截面积分别为A 1,A 2,…,A 6,各杆初始横截面积均取为0.3m 2。
根据所分析的问题的性质,选取各杆横截面积A 1,A 2,…,A 6为设计变量;选取各杆应力σi 为状态变量;目标函数为桁架的最小重量。
综上所述,该六杆桁架重量最轻的优化数学模型为:min W T (X )X =[x 1,x 2,…,x σ]=[A 1A 2,…,A 6]s.t.0.003≤A 1,A 2,…,A 6≤0.30≤σ1,σ2,…,σ6≤2153.4 进行ANSYS 有限元结构优化设计利用ANSYS 的优化分析功能进行结构优化设计的步骤如下:1)参数化建立模型;2)求解;3)提取并指定状态变量和目标函数;4)生成循环所用的分析文件;5)进入优化处理器,指定分析文件;6)声明优化变量(设计变量、状态变量以及目标函数);7)选择优化工具或优化方法(采用精度较高的一阶优化方法);8)指定优化循环控制方式(寻优迭代次数设定为50次);9)进行优化设计;10)查看设计序列结果及后处理。
缺省允差由计算机默认选择,为了便于收敛,采用一阶方法的优化分析中将目标函数的允差设定为2。
3.5 结果分析桁架的重量、桁架各杆的应力和横截面积等参数随寻优迭代次数的变化情况如图2～图4所示。
进行ANSYS 优化分析时,当寻优迭代进行到第22次时,桁架重量取得最小值,其最优设计序列如表1所示(表中数值单位均采用国际单位)。
表1 最优设计序列状态变量σ1σ2σ3σ4σ5σ6最优值 1.2113×1082.17×1081.993×1071.993×1071.779×1082.059×108设计变量A 1A 2A 3A 4A 5A 6最优值7.0979×10-3 3.0×10-3 3.0×10-3 5.8842×10-3 5.9053×10-3 3.0×10-1目标函数桁架最小重量:W T =1150.3kg 以上利用大型有限元软件ANSYS 的优化分析功能,得到了桁架的最小重量为1150.3kg ,与初始设计重量63914kg 相比,得到了很大程度的减轻,由此可见,利用ANSYS 有限元分析进行平面桁架结构重量最轻的优化设计,其效果是非常明显的。
在确定桁架受压杆件的截面形式时,还应考虑杆件长细比要求,如超过杆件长细比限值,则应改变压杆件截面形式使之满足长细比要求,或者根据长细比限值重新确定压杆横截面积,使之在杆件长细比允许的范围内。
4 结语使用ANSYS 有限元优化分析功能解决优化问题的突出优点是可以避免繁杂的计算和计算机编程而得到最优解,其计算误差很小,完全能满足工程精度要求。
文中采用ANSYS 有限元优化分析对六杆桁架结构在满足横截面积约束及应力约束的条件下进行了重量最轻的优化设计,取得了较为满意的优化结果。
该方法也可推广到其他工程结构优化设计领域。
通过对六杆平面桁架结构的优化设计分析,可以看到AN 2SYS 的优化设计功能非常强大。
应用ANSYS 优化工具箱进行建模、有限元分析和优化设计问题求解,不用编写大量优化算法程序,不但提高了设计效率,而且能达到较高的设计精度,并且能在很大程度上节约工程材料、减少设计成本和设计周期,使结构设计更为经济、科学、合理。
参考文献:[1]崔 猛.ANSYS 对平面三杆桁架的优化设计[J ].基础研究,2003,6(32):25226.[2]马雪洁.基于ANSYS 的桁架优化设计[J ].焦作大学学报,2004(10):4.・55・ 第33卷第20期2007年7月 李炳宏等:基于ANSYS 分析的平面桁架结构优化设计文章编号:100926825(2007)2020056202砖石古塔动力特性初探收稿日期:2007202205作者简介:魏俊亚(19772),女,硕士,助教,天津城市建设学院,天津 300381张东平(19782),男,工程师,天津市房屋勘测设计研究院,天津 300070魏俊亚 张东平摘 要:结合历史、考古资料,分析了我国现存砖石古塔的研究现状,提出了对砖石古塔的自振周期的计算公式,为古塔的抗震计算、鉴定及抗震加固提供了一定的参考数据。