基于ansys空间网架有限元分析及优化设计论文

《基于ansys空间网架有限元分析及优化设计论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于ANSYS空间网架有限元分析及优化设计论文论文关键词：ANSYS,优化设计，网架论文摘要：空间网架结构是现代大跨度结构工程中最常用的结构形式。本文针对运用ANSYS进行网空间网架结构的有限元分析，讨论了单元类型，以及材料模型的选择，并且定义材料的极限应力，必要时甚至考虑压杆失稳状态（屈曲分析）。在各种荷载（永久荷载，风荷载，地震荷载.freeletersGetScalarData）实现。通常用POST1来完成本步操作，特别是涉及到数据的存储，加减或其他操作。（4）分析文件准备。第二步：建立优化工程中的参数。这里主要包括一些优化设计变量，优化状态变量以及目标函数的定义第三部：进

2、入OPT，指定分析文件（OPT）第四步：申明优化变量这一步主要指定哪些参数是设计变量，哪些参数是状态变量，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，但目标函数只能有一个。每个设计变量和状态变量都可以定义最大值和最小值，以及这些变量的公差，目标函数不需要给定范围。第五步：选择优化工具或优化方法。优化方法主要有：零阶方法、一阶方法、用户提供的优化方法、单步运行、随机摸索法、等步长搜索法、乘子计算法、最优梯度法、用户提供的优化工具。第六步：指定优化循环控制方式每种优化方法和工具都有相应的循环控制参数，比如最大迭代次数等。第七步：进行优化分析在所有的控制选项

3、设定好以后，就可以进行分析了，此时可能需要花去一段时间，如果结果不收敛，程序可能会中断。在此类情况下，可增加优化模型的假设，调节失代次数等来实现。第八步：查看优化设计序列结果主要可以看到各种满足条件的不同的解，以及优化设计变量，优化状态量和目标函数的失代分析曲线。6算例本文以一个受均匀荷载的四角锥平板网架的为例做优化设计，优化网架的截面。在网架上定义七种不同的截面面积变量，分别为a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7(如图1所示)，网架上平面结构有9个节点，间距1m，下平面有16个节点间距1m，上下平面相距0.7m,优化设计前各杆件的截面面积均为5e-5平方米，材料为Q235钢

4、材。在荷载作用下的网架上平面的边缘节点固定，下平面的每个节点承受垂直方向荷载10000N。并且限制网架在工况下的竖向最大位移不超过1cm，各杆件的截面应力小于钢材的许用应力。图1网架平面示意图定义模拟网架结构的单元为Link8单元，杆件的截面（AREA）均为5e-5平方米，以及材料的弹性模量（Ex=2e11pa）和泊松比(Prxy=0.3)。之后就是建立网架有限元模型了，首先建立平面上的节点，定义单元的属性，在直接由节点生成有限元模型。在网架的上平面边缘施加约束，限制X，Y，Z三个方向的线位移。在下平面的9个节点上分别施加向下的集中荷载，大小为10000N。（如图2所示）图2网架

5、空间受力示意图进行完前处理之后，定义分析方式，为静力学分析，然后求解。使用通用后处理模块（/POST1），显示整个模型的体积（如图3所示），体积约为0.35901e-2。图3网架结构体积显示整个模型的轴应力云图，（如图4所示），其中最大应力为148.363Mpa。图4上述数据均为在优化设计前的一系列数据，现在进入ANSYS优化设计，定义优化设计变量为AREA（桁架杆件的截面），其中1e-6m显示优化状态变量最大应力（smaxe）迭代图形，（如图5所示）。从图中可以网架杆件的最大正应力有增大趋势，但是并未超过刚才的极限应力，这说明结构整体在不考虑屈曲破坏的情况下还是安全的。图5显示

6、最大位移（dmax）迭代图形，（如图6所示）。从图中可以清楚的看出，最大位移有增大趋势，最终稳定在定义的区间里。图6显示杆件各截面（a1,a2,a3,a4,a5,.freele）迭代图形，如图8所示。从图中可以明显的看出，整个桁架的用钢量急剧下降，最终达到一个稳定值。图8本次优化分析中也也导出了最优解，整个网架总的体积约为0.29275e-2。比原优化前的设计方案节约了大量的材料。7结论利用ANSYS的有限元分析理论可以轻松的解决一些网架的静力学问题，显示应力云图以及位移云图。在运用ANSYS优化设计功能的基础上，为设计师提供了主动设计的依据，在降低成本方面获得了巨大的经济相依，

7、节省材料，实现可持续发展。在实际设计时，由于各种因数影响，截面不可能完全符合优化的结果，但是按照优化结果去选择截面的话，用相同数量的材料，必然可以得到刚度较大的结构。通过上述简单的优化例子可知，利用ANSYS的优化设计功能进行结构的优化分析是可行而且有效的，其方法简单，是有限元和优化分析的有机结合，为结构复杂的网架结构的设计提供了新的方法。