扳手零件的优化设计

【例19-3】扳手零件的优化设计

【问题描述】如图1所示为一个扳手简易图，长度为length，扳手小端宽度为width，扳手

大端圆角半径为fillet。已知零件厚度为5mm，材料弹性模量

5

210

MPa，泊松比0.3，屈服

强度200MPa。使用时大端内六边形固定，载荷通过小端圆弧与上边的切点，大小500N。现对其长度（范围为150-250mm）、小端宽度（范围为20-40mm）、大端圆角半径（范围为5-15mm）等尺寸进行优化，使零件用料最省，并且最大应力不超过屈服应力200MPa。

图1

问题分析：设置三个尺寸变量，分别为长度length，小端宽度width和大端圆角半径fillet；目标为零件用料最省，即体积最小化，且满足最大应力不超过屈服应力200MPa。

优化前处理

新建模型

(1)在电脑开始菜单单击【ANSYS 15.0】-【Workbench】，进入【workbench】工作界面。点

击【File】-【Save】，保存文件至指定的目录位置并输入项目名称。

(2)菜单栏单击【Units】，选择【Metric(tonne，mm，s，℃，mA，N，mV)】。

(3)单击打开工作界面左部工具箱中【Analysis Systems】的下拉列表，将其中【Static structure】

左键点住拖动到项目管理区，项目管理区中出现Static Structure模块A，如图2。

图2

定义材料属性

(1)双击模块A中的【Engineering Date】，进入材料定义模块。

(2)添加材料。单击工作区域左上角的“Outline of Schematic B2: Engineering Data”模块底

部的“Click here to add a new material”添加新材料，输入材料名称“banshou”。然后单击展开左侧的“Liner Elastic”栏双击选择其中的第一项“Isotropic Elasticity”如图3。

接下来在右侧“Properties of Outline Row 4:banshou”模块中填写杨氏模量“Young’s Modulus”200000Mpa，此时应注意单位为Mpa。同时填写泊松比“Poisson’s Ratio”为

0.3如图4。

(3)完成材料定义，返回到Workbench工作界面。

图3

图4

建立二维模型

(1)双击模块A的【Geometry】进入DM子程序进行建模。点击【unit】设置单位，选择毫

米【Milimeter】。

(2)创建草绘平面。单击选中导航树目录的【XYPlane】，单击工具栏中创建草绘按钮创建一

个草绘平面，此时导航树目录中【XYPlane】下会多出一个名为【Sketch1】的草绘平面如图5。