机械优化设计常用软件整理PPT
合集下载
八章机械优化设计实例PPT课件
第22页/共25页
2）曲柄摇杆机构的传动角应在 和 之间，可得 min
max
g7
x
arccos
l2
2
l32 l1
2l2l3
l4
2
max
0
g8
x
min
arccos
l22
l32 l1
2l2l3
l4
2
0
二、曲柄摇杆机构再现已知运动轨迹的优化设计
所谓再现已知运动轨迹：是指机构的连杆曲线尽可能 地接近某一给定曲线。
第15页/共25页
不同的设计要求，目标函数不同。若减速器的中心距没有要求时，可取减速器 最大尺寸最小或重量最轻作为目标函数。
第16页/共25页
f x m min f x l r1 a r4 min
若中心距固定，可取其承载能力为目标函数。
f x 1/ min
减速器类型、结构形式不同，约束函数也不完全相同。 （1）边界约束
第14页/共25页
不同类型的减速器，选取的设计变量使不同的。
展开式圆柱齿轮减速器：齿轮齿数、模数、齿宽、 螺旋角及变位系数等。
行星齿轮减速器：除此之外，还可加行星轮个数。 设计变量应是独立参数，非独立参数不可列为设计 变量。例如齿轮齿数比为已知，一对齿轮传动中，只 能取Z1或Z2一个为设计变量。
又如中心距不可取为设计变量，因为齿轮齿数确定 后，中心距就随之确定了。
（2）性能约束
第17页/共25页
一、单级圆柱齿轮减速器的优化设计
第18页/共25页
第四节 平面连杆机构的优化设计 连杆机构的类型很多，这里只以曲柄摇杆机构两类 运动学设计为例来说明连杆机构优化设计的一般步骤 和方法。 一、曲柄摇杆机构再现已知运动规律的优化设计
2）曲柄摇杆机构的传动角应在 和 之间，可得 min
max
g7
x
arccos
l2
2
l32 l1
2l2l3
l4
2
max
0
g8
x
min
arccos
l22
l32 l1
2l2l3
l4
2
0
二、曲柄摇杆机构再现已知运动轨迹的优化设计
所谓再现已知运动轨迹：是指机构的连杆曲线尽可能 地接近某一给定曲线。
第15页/共25页
不同的设计要求，目标函数不同。若减速器的中心距没有要求时，可取减速器 最大尺寸最小或重量最轻作为目标函数。
第16页/共25页
f x m min f x l r1 a r4 min
若中心距固定，可取其承载能力为目标函数。
f x 1/ min
减速器类型、结构形式不同，约束函数也不完全相同。 （1）边界约束
第14页/共25页
不同类型的减速器，选取的设计变量使不同的。
展开式圆柱齿轮减速器：齿轮齿数、模数、齿宽、 螺旋角及变位系数等。
行星齿轮减速器：除此之外，还可加行星轮个数。 设计变量应是独立参数，非独立参数不可列为设计 变量。例如齿轮齿数比为已知，一对齿轮传动中，只 能取Z1或Z2一个为设计变量。
又如中心距不可取为设计变量，因为齿轮齿数确定 后，中心距就随之确定了。
（2）性能约束
第17页/共25页
一、单级圆柱齿轮减速器的优化设计
第18页/共25页
第四节 平面连杆机构的优化设计 连杆机构的类型很多，这里只以曲柄摇杆机构两类 运动学设计为例来说明连杆机构优化设计的一般步骤 和方法。 一、曲柄摇杆机构再现已知运动规律的优化设计
机械优化设计PPT课件
ⅱ)设计方案—由设计常量和设计变量组成。
ⅲ)维 数—设计变量的个数n.
通常,n ,设计自由度 , 越能获得理想的结果,但求解难度 .
n 10 小型问题 n 11 50 中型问题 n 50 大型问题
2019/8/16
14
2.设计空间
Rn(n 4) 为超越空间.
2019/8/16
15
三.目标函数和等值线
1.目标函数—数学模型中用来评价设计方案优劣的函
数式 (又称评价函数): f (X ) f (x1, x2,...xn ) ①常用指标: 最好的性能; 最小的重量; 最紧凑的外形;
最小的生产成本; 最大的经济效益等.
②单目标和多目标；
l1 l2 l3 l4 0
l1 l10 0
arccos (l2 l1)2 l42 l32 arccos (l2 l1)2 l42 l32 0
2(l2 l1)l4
2(l2 l1)l4
180
l12
l22
2l32 sin 2 ( l22 l12
2019/8/16
22
3.算法的收敛性和收敛准则
1)算法的收敛性
若由某迭代算法计算得到
有极限 lim X (k) X *,这里X *为精确解,则称该迭代算法是 k
收敛的.
2)算法的收敛速度
一般根据算法对正定二次函数的求解能力来判 断，能在有限步迭代中得到其极小点，称算法具有 二次收敛性。具有二次收敛性的算法是收敛速度较 高的方法。
1）二十世纪三十年代.前苏联 Канторович 根据生产组织和计划管理的需要提出线性规划问题. 在 第二次世界大战期间出于战争运输需要，提出线性规划 问题的解法；
ⅲ)维 数—设计变量的个数n.
通常,n ,设计自由度 , 越能获得理想的结果,但求解难度 .
n 10 小型问题 n 11 50 中型问题 n 50 大型问题
2019/8/16
14
2.设计空间
Rn(n 4) 为超越空间.
2019/8/16
15
三.目标函数和等值线
1.目标函数—数学模型中用来评价设计方案优劣的函
数式 (又称评价函数): f (X ) f (x1, x2,...xn ) ①常用指标: 最好的性能; 最小的重量; 最紧凑的外形;
最小的生产成本; 最大的经济效益等.
②单目标和多目标；
l1 l2 l3 l4 0
l1 l10 0
arccos (l2 l1)2 l42 l32 arccos (l2 l1)2 l42 l32 0
2(l2 l1)l4
2(l2 l1)l4
180
l12
l22
2l32 sin 2 ( l22 l12
2019/8/16
22
3.算法的收敛性和收敛准则
1)算法的收敛性
若由某迭代算法计算得到
有极限 lim X (k) X *,这里X *为精确解,则称该迭代算法是 k
收敛的.
2)算法的收敛速度
一般根据算法对正定二次函数的求解能力来判 断，能在有限步迭代中得到其极小点，称算法具有 二次收敛性。具有二次收敛性的算法是收敛速度较 高的方法。
1）二十世纪三十年代.前苏联 Канторович 根据生产组织和计划管理的需要提出线性规划问题. 在 第二次世界大战期间出于战争运输需要，提出线性规划 问题的解法；
机械设计及自动化仿真软件IraiPPT课件
机械设计及自动化仿真 软件Irai
精品ppt
机械设计及自动化仿真软件Irai。
机械设计及自动化仿真软件Irai
Irai软件是一款功能强大的机电一体化仿真平台，集合气动液压、电工电子、数字 电路、机械设计、机械自动化等多学科领域知识，实现功能多元化的仿真系统。
教育领域
可开展机电一体化的各项实验课程，如电工电子， 数字电路，气动液压，产品设计与自动化控制， 程序优化，故障排除等。对程序的正确性检测， 大学生竞赛，PLC教学，开放性实验，创新大赛， 毕业设计，课程设计或者用于课题开展，项目 研发等。
可开发性
软件的核心优势在于其高度的开源 性及精可品开p发pt性，其定制化功能及开 源性决定了用户可以按不同的使用 需求进行选择，可扩展性强。
特性
开发的虚拟设备模型可以EXE的 格式发布，可脱离软件本身进 行使用，即未安装本软件的任 何计算机都可使用这些虚拟设 备。
2
机械设计及自动化仿真软件Irai。
8
机械设计及自动化仿真软件Ira线
罐
实验室中实
装 站
际设备
点
Solid works 中建立的模
型
VUP中配置完成的仿真模型
天
大
实验室中实 际设备
Solid works 中建立的模精品ppt
型
啤 酒 线
打 盖 站 点
VUP中配置完成的仿真模型
机械设计及自动化仿真软件Irai。
中文版
目前，软件已经过完整汉化核对，用 户可选择安装英文原版或中文版，更 便于用户快速熟悉掌握本软件。
3D Vision功能
支持英伟达3D Vision立体幻境技术，可 以实现虚拟现实的应用理念，让仿真更 具真实性。
精品ppt
机械设计及自动化仿真软件Irai。
机械设计及自动化仿真软件Irai
Irai软件是一款功能强大的机电一体化仿真平台，集合气动液压、电工电子、数字 电路、机械设计、机械自动化等多学科领域知识，实现功能多元化的仿真系统。
教育领域
可开展机电一体化的各项实验课程，如电工电子， 数字电路，气动液压，产品设计与自动化控制， 程序优化，故障排除等。对程序的正确性检测， 大学生竞赛，PLC教学，开放性实验，创新大赛， 毕业设计，课程设计或者用于课题开展，项目 研发等。
可开发性
软件的核心优势在于其高度的开源 性及精可品开p发pt性，其定制化功能及开 源性决定了用户可以按不同的使用 需求进行选择，可扩展性强。
特性
开发的虚拟设备模型可以EXE的 格式发布，可脱离软件本身进 行使用，即未安装本软件的任 何计算机都可使用这些虚拟设 备。
2
机械设计及自动化仿真软件Irai。
8
机械设计及自动化仿真软件Ira线
罐
实验室中实
装 站
际设备
点
Solid works 中建立的模
型
VUP中配置完成的仿真模型
天
大
实验室中实 际设备
Solid works 中建立的模精品ppt
型
啤 酒 线
打 盖 站 点
VUP中配置完成的仿真模型
机械设计及自动化仿真软件Irai。
中文版
目前，软件已经过完整汉化核对，用 户可选择安装英文原版或中文版，更 便于用户快速熟悉掌握本软件。
3D Vision功能
支持英伟达3D Vision立体幻境技术，可 以实现虚拟现实的应用理念，让仿真更 具真实性。
机械优化设计PPT
二、离散变量优化的主要方法及其特点、思路和步骤
表7-3 离散变量优化的主要方法及其特点和步骤
图7-8 两个目标函数的等值线和约束边界
三、协调曲线法
图7-9 协调曲线
四、分层序列法及宽容分层序列法
四、分层序列法及宽容分层序列法
采用分层序列法，在求解过程中可能会出现中断现象，使求解过程 无法继续进行下去。当求解到第k个目标函数的最优解是惟一时， 则再往后求第(k+1)，(k+2)，…，l个目标函数的解就完全没有意义 了。这时可供选用的设计方案只是这一个，而它仅仅是由第一个至 第k个目标函数通过分层序列求得的，没有把第k个以后的目标函数 考虑进去。尤其是当求得的第一个目标函数的最优解是唯一时，则 更失去了多目标优化的意义了。为此引入“宽容分层序列法”。这 种方法就是对各目标函数的最优值放宽要求，可以事先对各目标函 数的最优值取给定的宽容量，即ε1>0，ε2>0，…。这样，在求后一 个目标函数的最优值时，对前一目标函数不严格限制在最优解内， 而是在前一些目标函数最优值附近的某一范围内进行优化，因而避 免了计算过程的中断。
5.组合型算法终止准则
6.组合型算法的辅助功能
(1) 直线加速与二次曲线加速 当目标函数严重非线性时，即若
函数具有尖峰脊线，即存在“谷”时，则希望能沿着脊线方向进 行搜索，可迅速提高算法的寻优效率，该算法称为具有脊线加速 能力。 (2) 网格搜索法技术 将离散空间视为一网格空间，每个离散点 就是一个网格节点。 (3) 变量分解策略 将目标函数中的变量分成若干个子集合，若
离散复合形，重新进行调优搜索，直到前后两次离散复合形运算
的优化点重合，算法才最终结束。
6.组合型算法的辅助功能
图7-24 有脊线目标函数 寻优过程示意图
机械优化设计优化设计概述精品PPT课件
1模糊优化设计技术微分学和变分学的解析解法2面向产品创新设计的优化技术满足设计要求3广义优化设计技术满足经济性安全性和美观性等4产品全寿命周期的优化设计技术强度刚度运动学动力学和寿命面向产品的全系统设计全过程全寿命周期5cadcappcam集成系统中的优化技术结合cad有限元可靠性等6智能优化算法模拟退火遗传人工神经网络算法蚁群算法等7多学科综合优化涉及多领域复杂系统的多学科修复替代衰老损伤器官成为医学界的重点研究领域再生医学研究和应用成为治疗许多传统医学难以解决的重大疾病如白血病帕金森氏症的新希望
方法低效，一般只能获得一个可行的设计方案。
优化设计：借助计算机技术，应用一些精度较高的力 学的数值分析方法（如有限元法等）进行分析计算，并 从大量的可行设计方案中寻找到一种最优的设计方案。
能从“所有的”的可行方案中找出“最优的”的设计方案。
绪论
二、从传统设计到优化设计：
绪论
二、从传统设计到优化设计：
钢管的临界应力是 e
Fe A
2E(T 2 D2 ) 8(B2 h2 )
1
根据强度约束条件有 F (B2 h2 )2 TDh
y
1
根据稳定约束条件有 F (B2 h2 )2 TDh
2E(T 2 D2 ) 8(B2 h2 )
第一章 优化设计概述
第一节 人字架的优化设计
解析法：
人字架总质量
第一章 优化设计概述
第三节 优化设计问题的数学模型
设计变量：
在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，
称为设计变量。
设计变量向量：
x [x1x2 xn ]T
设计常量：参数中凡是可以根据设计要求事先给定的，称为设计常量 。 设计变量：需要在设计过程中优选的参数，称为设计变量。
方法低效，一般只能获得一个可行的设计方案。
优化设计：借助计算机技术，应用一些精度较高的力 学的数值分析方法（如有限元法等）进行分析计算，并 从大量的可行设计方案中寻找到一种最优的设计方案。
能从“所有的”的可行方案中找出“最优的”的设计方案。
绪论
二、从传统设计到优化设计：
绪论
二、从传统设计到优化设计：
钢管的临界应力是 e
Fe A
2E(T 2 D2 ) 8(B2 h2 )
1
根据强度约束条件有 F (B2 h2 )2 TDh
y
1
根据稳定约束条件有 F (B2 h2 )2 TDh
2E(T 2 D2 ) 8(B2 h2 )
第一章 优化设计概述
第一节 人字架的优化设计
解析法：
人字架总质量
第一章 优化设计概述
第三节 优化设计问题的数学模型
设计变量：
在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，
称为设计变量。
设计变量向量：
x [x1x2 xn ]T
设计常量：参数中凡是可以根据设计要求事先给定的，称为设计常量 。 设计变量：需要在设计过程中优选的参数，称为设计变量。
机械优化设计课件prt6
三、复合形法的计算步骤 1.选择复合形的顶点 一般取 n+1<=K<=2n 2. 找出最好点，最坏点 3，计算除最坏点的中心点，判断其是否可行，是转4步，否重 新定义上下限值 转1 4. 反射 5.判断收敛条件
► 第四节
惩罚函数法 ► 将约束优化问题
min f ( x) s.t. gj ( x) 0 ( j 1, 2,..., m) hk ( x) 0 (k 1, 2,..., l )
一、初始复合形的形成 ► 复合形法是在可行区域内直接搜索最优点 ► 要求初始复合形在可行域内生成 ► 生成初始复合形的方法有以下几种 1.由设计者决定K个可行点，构成初始复合形； 2.由设计者选择一个可行点，其余用随机法产生
其中： x j 复合形中第j个顶点； a b 设计变量的上、下限；
直接解法原理简单，方法适用。其特点是：
► 迭代计算无论何时终止，都可以获得一个比初始点
好的设计点； ► 初始点不相同时，可能搜索到不同的局部最优解 ► 要求可行域为有界的非空集，即在可行域内存在满 足全部条件的点，且目标函数有定义。
2。间接法
将约束函数进行特殊的加权处理后，和目标函数 结合起来，构成一个新的目标函数，即将原约束优 化问题转化成一个或一系列的无约束优化问题。
2.扩张
当求得的反射点 为可行点，且目标数值下降较多，则沿 反射方向继续移动，可能找到更好的点XE XE=XR+b(XR-Xc) 若 f(XE )< f(XR ) 扩张成功， 用XE 代替XR 否则 扩张失败 放弃扩张 3。收缩 ► 如果在中心点Xc外找不到好的反射点，可以在Xc以内找更好 的新点XK XK=XH+d(XC-XH) d----收缩系数，一般取d=0.7 4.压缩 上述方法都无效，向最好的顶点靠拢， Xj=XL-0.5(XL-Xj) j=1,2,…k j不等于L
机械设计软件简述PPT课件( 28页)
上一页
下继一续页
步骤 6 做水壶本体与盖子的组合
（1）本体的顶部平面与盖子的内侧平面相 贴合（mate） （2）本体的中心轴线和盖子的中心线 共线（Align）
上一页
下继一续页
步骤 7 做工程图
（1）先放入主视图
上一页
下继一续页
步骤 7 做工程图
（2）于主视图下方放入俯视图，右方放入左视图， 右下方放入 3D立体参考图
改(之间具有相关性）。如此：
可保证设计资料的正确性，同时避免反复修改 所造成的时间的浪费。
提供了所谓的双向关联性的功能，也正符合现代 产业中的同步工程（Concurrent engineering）。
上一页
下一页 继续
二维工程图（Drawing） 分析（CAE） 零件设计（Part） 加工（CAM）
此步骤产生一个 Protrusion 特征，由剖面旋转360º而形成， 此处剖面的尺寸及360º即为此特征的参数
上一页
下继一续页
步骤 2 将水壶本体挖为薄壳
此步骤产生一个 厚度为 2 的（Shell） 特征，此处 2 的 尺寸为特征的参数
上一页
下继一续页
步骤 3 进一步修饰水壶本体的外形设计
此步骤产生五个 圆角（Round） 特征，此处0.5、1、20、5 之尺寸即为此特征的参数
以特征作为设计的单位，可随时对特征做 合理的调整（Reorder）、插入（Insert）、 删除（Delete）、重新定义（Redefine）等 修改工作。
上一页
下继一续页
4. 参数式设计（Parametric design）
配合单一数据库，存储设计过程中的所有尺寸（参数），通
过修改尺寸（参数）及建立各尺寸参数间的关系式，达到修改
机械优化设计(张翔,陈建能编著)PPT模板
2.6优化设 计的约束极
值条件
2.4函数的 凸性
2.5目标函 数的无约束
极值条件
2.1本章导 读
2.2向量、 矩阵的若干
概念
2.3目标函 数的性态分
析基础
第2章优化设计的 理论基础
2.7优化设计的数值解法及终止 准则 2.8习题
第3章一维优化 方法
第3章一维优化方 法
3.1引言 3.2确定搜索区间的进退法 3.3黄金分割法 3.4二次插值法 3.5习题
第9章优化设计实例
9.1复演预期函数机构的
1
设计
9.2圆柱齿轮减速器的优
化设计
2
9.3圆柱螺旋压缩弹簧的
3
优化设计
9.4椭圆齿轮-曲柄摇杆-
轮系引纬机构的设计
4
9.5手脚联控机构的多目
5
标优化设计
9.6应用的扩展——两个
非工程设计的应用实例
6
第9章优化设计实 例
9.7习题
参考文献
参考文献
附录混合罚函数优化 程 序 与 M AT L A B 使 用 示例
附录混合罚函数优化程序 与 M AT L A B 使 用 示 例
F1混合罚函数调用Powell法求 优参考程序
F 2 M AT L A B 优 化 工 具 使 用 示 例
2020
感谢聆听
换
05
7.5优化计 算结果的分
析
03
7.3建模中 数表和图线
的程序化
06
7.6习题
第8章现代优化计算 方法与优化工具软件 应用概述
第8章现代优化计算方法与优化 工具软件应用概述
8.1现代优化计算方法 8 . 2 M AT L A B 优 化 工 具 应 用 概 述 8.3习题
机械优化设计课件prt7
第七章 多目标及离散变量优化方法简介
第一节 多目标优化问题
在实际问题中，对于大量的工程设计方案要评价其优劣， 往往要同时考虑多个目标。例如 减速箱的设计提出下列要求： 1.各齿轮体积之和f1(X)尽可能小，用料少，成本低。 2.各传动轴间的中心距总和f2(X)尽可能小，结构紧凑。 3.齿轮的最大圆周速度f3(x)尽可能低，运转噪声小。 4.传动效率尽可能高，机械损耗率f4(X)尽可能低，以节省能源。
W
i 1
i
i
1 Wi 0 (i 1,2,...,l )
评价函数为
min F ( x) min{ Wi f i ( x) }
i 1
l
使用这个方法的难处在于如何找到合理的权 系数Wi,以反映各个单目标对整个多目标问题中 的重要程度。使原多目标优化问题较为合理地 转化为单目标优化问题，且此单目标优化问题 的解又是原多目标优化问题的好的非劣解。 一种确定权系数的方法
i 1 lBiblioteka 三、分层序列法及宽容分层序列法
将目标函数，按重要程度排列，然后依次对各个目标求最优 解，不过后一个目标在前一目标最优解的集合域内寻找。
第三节 离散变量优化问题
整数变量 齿轮的齿数、加强筋的数量、行星轮的个数等。 离散变量 齿轮模数、型钢尺寸以及大量的标准表格，数据等。 整数可以视为是离散数的一种特殊形式 离散变量是指在规定的变量界限内，只能从有限个离散值或整数 值中取值的一种变量。 处理离散变量的一种简易方法是将其视为连续变量来处理，在得 到有化解后，圆整到最近的值。 问题： 1.圆整后出界 2.没有排他性
2.理想点法与平方和加权法
使各个目标尽可能接近各自的理想值，从而可以 求出较好的非劣解。理想点的评价函数为：
第一节 多目标优化问题
在实际问题中，对于大量的工程设计方案要评价其优劣， 往往要同时考虑多个目标。例如 减速箱的设计提出下列要求： 1.各齿轮体积之和f1(X)尽可能小，用料少，成本低。 2.各传动轴间的中心距总和f2(X)尽可能小，结构紧凑。 3.齿轮的最大圆周速度f3(x)尽可能低，运转噪声小。 4.传动效率尽可能高，机械损耗率f4(X)尽可能低，以节省能源。
W
i 1
i
i
1 Wi 0 (i 1,2,...,l )
评价函数为
min F ( x) min{ Wi f i ( x) }
i 1
l
使用这个方法的难处在于如何找到合理的权 系数Wi,以反映各个单目标对整个多目标问题中 的重要程度。使原多目标优化问题较为合理地 转化为单目标优化问题，且此单目标优化问题 的解又是原多目标优化问题的好的非劣解。 一种确定权系数的方法
i 1 lBiblioteka 三、分层序列法及宽容分层序列法
将目标函数，按重要程度排列，然后依次对各个目标求最优 解，不过后一个目标在前一目标最优解的集合域内寻找。
第三节 离散变量优化问题
整数变量 齿轮的齿数、加强筋的数量、行星轮的个数等。 离散变量 齿轮模数、型钢尺寸以及大量的标准表格，数据等。 整数可以视为是离散数的一种特殊形式 离散变量是指在规定的变量界限内，只能从有限个离散值或整数 值中取值的一种变量。 处理离散变量的一种简易方法是将其视为连续变量来处理，在得 到有化解后，圆整到最近的值。 问题： 1.圆整后出界 2.没有排他性
2.理想点法与平方和加权法
使各个目标尽可能接近各自的理想值，从而可以 求出较好的非劣解。理想点的评价函数为：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
13
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
5.1.4——优化设计
14
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
5.1.4——优化设计
优化分析结果
更新零件
15
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
5.2 结论
通过运用Pro/MECHANICA对扳手进行平面、三维模型应力分析、敏 感度分析及优化设计，可以拓展到对于任何产品而言，在满足设计要 求的前提下，采用过程优化设计方法，对产品机构、设计参数、结构 形状等参数进行优化设计，尽早发现设计中的缺陷，并验证产品功能 和性能的可靠性，使产品机构性能达到最佳状态。
10
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
5.1.4——灵敏度分析
将模型中扳手厚度、手柄宽度作为创建局部灵敏 度研究的设计参数，比较这两个参数对模型质量、 von Mises应力和端点位移有多大影响。
扳手厚度（d0）10尺寸，手柄宽度（d10）12.5尺寸
11
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
5.1.4——灵敏度分析
23
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
模型建立
首先，这个例子是左右对称的，所以只需取左半部来分析就可以了。 然后取三个地方的高度，分别是端点H1、四分点H2、及梁中央点H3，
然后以样条函数将这三个点用圆滑曲线连结起来，代表梁底的曲线。使 用PLANE42元素来做2D的分析，取整个梁的最大和最小的弯曲应力(分别 是SMAX及SMIN)作为状态变量，上下限分别为+100 MPa及-100 MPa。梁 的总体积（SVOLUME）是目标方程。综合以上的讨论，设计优化问题可 以表示成下列的数学模式：
Pro/E：功能强大的三维CAD/CAE/CAM（proe/nc） 一体化、集成化软件，涵盖产品从设计到制造的全过 程，可以迅速提高企业在产品工程设计与制造方面的 效率。
Pro/Mechanica ：有限元分析技术，CAE核心技术 之一。三大模块：结构分析、温度分析、运动分析。 利用有限元分析功能，发现零部件的薄弱部位，通过 变更设计参数来改变几何形状，从而得到最优结果。
求解器用于定义分析类型和分析选项，施加载荷，指定载荷步，完成有限元计算。所有
分析用到的数据都要指定：凝聚法分析中的主自由度，非线性分析中的收敛准则，谐波 分析中的频率范围等。载荷和边界条件也可以作为设计变量。
(3) 提取并指定状态变量和目标函数(POST1/POST26)
提取结果并赋值给相应的参数。这些参数一般为状态变量和目标函数。提取数据的操作 用*GET命令(Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data)实现。 (4) 分析文件的准备 分析文件有三种方式，分别为系统编辑器编辑的批处理文件；LGWRITE命令(Utility Menu>File>Write DB Log)生成的命令流文件；程序命令流文件(Jobname. LOG，必要时需删 除不必要的部分)。
5
分
常用优化软件及其优化设计使用范围
第五部
5.1.1 PROE优化设计
PROE
Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著 称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有 着重要地位。Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域 的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。
38
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
24
b
39
25 a
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
你以为这就结束 了？？？？？
40
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
建模才刚刚开 始！！！！！！
41
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
Ansys具有建模和对模型操作的能力，但是 其步骤和程序较繁琐，因此常常对优化对 象先用PROE建好模型，再导入ansys进行分 析优化。如果是以应力作为变量，则直接 将PROE中的模型导入ansys，否则可在 PROE中优化后导入数据进入ansys,进行进 一步优化设计。
13
31
小心填错！严格按顺序、按图示值填写！
a
b
g
c f
d e
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
14
严格按顺序依次连接点1和2、点2和3、点1和4、点2和5、点3和6！最后点击OK！
32
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
15
严格按顺序依次连接点4、5和6，然后点击OK！
33
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
扳手
能够用PROE建模的物体
16
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
5.2.1 ANSYS
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快 的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design） 软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等。是融 结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
5.1 风险管理概述
进行扳手模型优化设计需要完成以下工 作：
创建几何模型、简化模型
定义材料属性（Mechanica里完成定义）
定义约束
基于PROE的活动 扳手优化
定义载荷 静态分析 定义设计参数、运行灵敏度分析
运行优化分析、根据优化结果改变模型
4
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
5.1.4——定义约束 载荷
19
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
建立优化分析的参数
完成分析文件的建立后，就可以进行优化分析了，如果 在交互方式下进行优化的话，最好先在ANSYS数据库中用分 析文件建立参数，其优点有：初始参数可以作为一阶分析 方法的起点，且对于优化过程参数在数据库中可以在GUI下 进行操作，便于定义优化变量。
查看设计序列结果
优化循环结束后，可以用命令或相应的GUI路径来查看 设计序列。如：OPLIST、STATUS、POST1和POST26等。
22
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
5.2.4ANSYS优化设计实例
集中载荷F=100000N
均布载荷p=15000N/m
b=0.1m h
长度=6m
上图是一个两端固定的矩形断面钢梁，其弹性模量E = 200 GPa，梁的宽度 b=100 mm，梁的厚度需要优化设计，设计的目标是使梁的重量最轻。梁 的上表面必须维持水平，但是梁厚度是可以沿着长度变化的(即梁底的曲 线是可以变化的)，但是梁厚度不得低于100 mm也不得超过800 mm。负 载方面考虑一集中载重F、均布力p和自重。另一限制条件是弯曲应力不 能够超过100 MPa。
进入OPT指定分析文件
该步骤是由OPT处理器来完成，其命令为：/OPT。
20
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
声明优化变量
该步骤指定哪些参数是设计变量，哪些参数是状态参数， 哪些参数是目标函数，允许有不超过60个设计变量和不超 过100个状态变量，但只能有一个目标函数。
选择优化工具或优化方法
ANSYS提供了一些优化工具和方法，默认方法是单次循 环，指定后续优化的工具和方法的命令为：OPTYPE。
Mininize SVOLUME
Subject to 100 Mpa SMAX 100 Mpa 100 Mpa SMIN 100 Mpa
100 mm H1 800 mm
100 mm H 2 800 mm
100 mm H 3 800 mm
24
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
感谢大家 请对不足之处提宝贵意见！
XXXX XXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXX
Pro/Mechanica Structure：进行零件模型和装配模 型的结构分析和优化分析。
2
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
5.1.2proe优化设计步骤
平面 应力分析
三维建模
PROE优化设计 步骤
三维模型 应力分析
优化设计
灵敏度分析
3
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
5.1.3PROE优化设计实例
42
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
5.3其他优化设计软件
AVLGlide
Matlab
5.结论与管 理启示
2.文献综述
优化设计工具
Kisssoft
Adams
43
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
5.4 优化设计的应用范围
物理领域
机电
应用范围
化学领域
结构优化
44
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
与实际模型相比，有限元模型作了适当简化。 模型是以FRONT平面为草图平面建立的实体拉伸特征，实体的厚 度为10mm，方向为向屏幕内侧生成。
6
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
5.1.4——平面应力分析
• 进入Pro/Mechanica工作环境
7
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
5.1.4——定义材料厚度
为了摸拟扳手的实际工作情况，对扳手钳口与螺母接触的 平面区域施加约束。
为了摸拟手对扳手的作用，在手柄尾部上表面长为75mm 的矩形区域内，施加均布力，此均布力沿X轴方向的分力 为-50N，沿Y轴方向的分力为-100N。
5
XXXXXXXXXXXXXXXXXX