基于ANSYS结构优化模块的加载反力架设计

的千斤顶 高度 和加载坡面的角度均已确定 ， 故反 力架 外形尺
计 中缺 乏 实 用的 设 计 程 序 ， 得 结 构 优 化 设 计在 实 际 工 程 中的 应 用 受 到 了 限制 。在 一 个 加 载 反 力 架 的 设 计 使 中 ， 用 Ａ Ｓ Ｓ的 结构 优 化 模 块 ， 使 ＮＹ 对反 力架 的 外 形 尺 寸进 行 了优 化 ， 到 了满 意 的 结 果 。 得
量的导数 ， 在每次迭代中梯度计算确定搜 索方向。由于该方 法在每次迭代 中要产生一系列的子迭代 ， 它所 占用的时间较 多， 但其计算精度要高。Ａ Ｓ Ｓ可以将 多种优化方法混合使 ＮＹ 用 ， 了提高收敛 速度 ， 为 用户 可以先采 用某种优 化方法 迭代 几次 ， 然后再利用其它方法进行迭代 。
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基于 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 结构 优 化 模 块 的 加 载反 力架 设 计
田文姜 ， 邹 力
（ 中铁 大桥 局集 团武汉桥 梁科学研 究 院有 限公 司 ， 北武汉 ４ ０ ３ ） 湖 １０ ４
【 摘 要】 结构优化设计 因其 涉及复杂的数学知识 ， 计人 员的数 学水平要求较高 ， 对设 且在土木工程设
到可行的设计 序列 。因此 ， 了提高优 化效率 ， 为 一般 需要先 采用适 当的优化工具来搜 寻和研究设 计域 。Ａ Ｓ Ｓ优化模 ＮＹ 块提供的优化工具 有随机搜 索法 、 步长搜索 法 、 子计算 等 乘
法 、 优 梯 度 法 等 。例 如 ， 搜 索 工 具 初 步 得 到 一 些 较 好 的 最 用
工 程 问 题 。一 阶方 法 是 间 接 方 法 ， 用 了状 态 变 量 对 设 计 变 使
用一阶方法 ， 但一阶方法 未必 可以得到更 好 的结 果 ， 或其优
化 过 程 耗 时太 长而 失 去 优 势 。
３ 试 验反 力架 的优 化步 骤和结 果
某模 型试 验 对 一 座 斜 拉 桥 索 塔 的 一 个 节 段 进 行 顶 推 加 载 试 验 ， 设 计 一 套 反 力 架 。荷 载 作 用 在 反 力 架 两 端 斜 面 需 上 ， 斜 面 上 均 作 用 法 向 力 ３５ ０ｋ 。 为 得 到 一 个 合 理 设 各 ０ Ｎ 计 ， 约 钢 材 ， 用 Ａ Ｓ Ｓ的结 构 优 化 设 计 模 块 对 该 反 力 架 节 现 ＮＹ
化设计语言 ， 使用它可 以将大 多数设计 变量参 数化 ， 这为它 的优化模块提供接极大便利 ， 也是其优化模块的功能基础。
该 模 块有 三大 参 数 类 ， 设 计 变 量 、 态 变 量 和 优 化 函 即 状 数 。设计 变量 一 般 是 结 构 的 尺 寸 、 载 、 料 属 性 等 ， 们 是 荷 材 它 给 定 的状 态 变 量 ， 设 计 变 量 的 函 数 ， 应 力 、 形 、 动 频 是 如 变 振 率等 ， 目标 函数 则 是 需 要 最 小 化 的 变 量 ， 也 是 设 计 变 量 的 它
初 始 值 对 优化 结 果 有 明显 影 响 ， 可 能 使 优 化 结 果 收 敛 于 一 它 个 局 部 极 小 值 ， 可 能 会 导致 优 化 过 程 耗 费 大 量 时 间 而 得 不 也
１ Ａ Ｓ Ｓ及 其结构优 化模块 简介 ＮＹ
Ａ Ｓ Ｓ拥 有 功 能 强 大 的 Ａ Ｄ ＮＹ Ｐ Ｌ设 计 语 言 ， 是 一 种 参 数 它
进行优化设计 （ １ 。 图 ）
反力 架各 板 件 均 为 Ｑ ４ ３５钢 材 。 因模 型 高 度 、 载 所 用 加
２ 优 化 的要点
设计 者 需 要 合 理 地 选 择 设计 变量 ， 根 据 具 体 情 况 综 合 要 考 虑 ， 量 挑 选 对设 计 结 果 影 响 较 大 的 参 数 ， 可 试 运 行 优 尽 也 化来 研 究 目标 函数 对 某 个 设 计 变 量 的 敏 感 性 。设 计 变 量 要
其 他 一 些 样 式 独 特 、 有 设 计 依 据 的新 颖 结 构 ， 往 缺 乏 成 没 往 熟 可 靠 的 设计 方 法 。 通 常 需 要 借 助 有 限 元 软 件 来 分 析 和 设 计 ， 需 多次 调 整 参 数 以 获 得 理 想 的设 计 结 果 。 并
【 文献标识码 】 Ｂ
【 关键词 】 结构优化 ； Ａ Ｓ Ｓ 工程设计 ； 反 力架 ＮＹ； 【 中图分 类号 】 Ｔ ３１４ Ｕ １．１
对梁 、 柱等简单构件 组成 的结构或 构件 ， 一般有 现成 的 规范作为设计依据 ， 或结合 以往的设计 经验来 辅助设计 ， 而 对于三 向尺寸相差 不大 的板 、 实体及其 组合结 构和构件 ， 或
什 么 情 况 下 终 止 。实 践 表 明 ， 差 对 优 化 结 果 有 明 显 影 响 ， 容 所 以设 计 者 需 要对 容 差 做 试 探 性 调 整 ， 不 同 容 差 产 生 的优 对
化结果进行 比较 ， 这是一个实践性较强 的操作。 优化开始之前 ， 需要 给各设计 变量赋 一个初 始值 ， 这个
设计序列 ， 缩小设计 空间 ， 排除一些局部最小值 ； 采用扫描工
具 可 以 确定 哪些 设 计 变 量 对 目标 函 数 的 影 响 较 为 明显 ， 此 据
可 以 对 这 些变 量 指 定 更 严 格 的 收 敛容 差 。
以上准备工作做 好后 ， 即可采 用零 阶方 法作优 化 ， 一般
均 可 得 到 较好 的优 化 结 果 。如 果 对 优 化 结 果 不 满 意 ， 再 采 可
函数 ， 但受状态变量约束 （ 如应力和变形控制 ） 。 Ａ Ｓ Ｓ软件提供了零阶方法 和一 阶方法是常用的两种。 ＮＹ 零阶方法属于直接 法 ， 过调整设 计变 量的值 ， 通 采用 曲线拟 合的方法 去逼 近状态变量和 目标函数 ， 该方 法适合于大多数