基于awe协同环境下的环形气瓶结构有限元优化分析

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1、2005年4月第2期航天制造技术基于AWE协同环境下的环形气瓶结构有限元优化分析中国三江航天集团国营红阳机械厂王华侨赵华萍摘要在ANSYSWorkbench协同优化分析设计软件平台环境下，针对某环形气瓶压力容器的结构几何尺寸如截面壁厚、环形半径、椭圆截面长短轴、承受的内压载荷等因子对该气瓶强度、刚度的影响，进行了有限元模拟分析。同时对其强度刚度的设计空间和灵敏度进行了综合分析。为该环形气瓶结构设计优化、制造工艺提供了参考借鉴作用。关键词协同设计压力容器有限元分析ANSYSWorkbench1引言CAE分析已经不仅仅是专

2、职分析人员的工作，设计人员参与CAE分析已经成为必然，设计人员在设在工程实践中，有限元分析软件与CAD系统的集计初期对自己的设计进行初步校验可显著提高设计成应用使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在增加效率。为专职分析人员设计的CAE软件不适合于设设计功能，减少设计成本；缩短设计和分析的循环周计人员，应该考虑他们的特点设计合适的CAE软件。期；增加产品和工程的可靠性；采用优化设计，降低设计人员需要的不是分析功能的深入与强大，而是材料的消耗或成本；在产品制造或工程施工前预先发CAE软件的亲和性。ANSYS公司为此特地开发了

3、设现潜在的问题；模拟各种试验方案，减少试验时间和计人员快捷集成分析环境ANSYSWorkbench，它包含经费；进行机械事故分析，查找事故原因。近年来在三个模块：DesignModeler/DesignSpace/计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限DesignXplorer。三模块之间集成于一体，可随时进入元分析（FEA，FiniteElementAnalysis）方法则为解彼此之间进行双向参数互动调节，构成协同仿真环境决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。的核心，使数值模拟仿真技术与数据完美地结合起

4、随着我国压力容器设计观点、设计方法和设计标准的来，使与仿真相关的人、部门、技术及数据在统一环不断更新，以及电子计算机技术的快速发展，应用有境中协同工作。对于装配体，自动探测装配关系，同限元分析程序对结构进行分析设计正在机械、石油、时完成“接触”单元的建立，无需人工干预。同时CAE化工、航空航天、核工业等行业的设备设计中得到迅模块可以与其它的CAD系统如UGII、Pro/E、Catia速的推广。本文利用CAMEO凯模CAE案例库ANSYS软件的协同设计优化仿真等CAD平台进行双向参数互动。DesignModeler为环境

5、ANSYSWorkbench提供的强大功能，针对某金ANSYS参数化优化设计分析开发的参数化CAD系属环形气瓶压力容器各结构尺寸，对其强度、刚度的统。图1分别为DesignSpace和DesignXplorer的主工影响进行了分析，为该产品的结构设计提供了正确的www.cameo.org.cn作界面。指导。环形气瓶不同于可采用解析法求解等强度的金ANSYSWorkbench可以进行基于结构线性或非属球形气瓶，由于是双线性曲面，其求解须借助于有线性分析的静动力分析，包括安全系数、应力应变变限元数值法。形、疲劳寿命、热传导

6、和温度场、模态分析与结构屈曲稳定性分析，几何尺寸形状参数优化分析等工程优2ANSYSWorkbench协同优化设计化设计。同时在系统环境下的分析数据可进行传统的ANSYS环境下工作，同时可将ANSYS的前后处理功收稿日期：2004-11-2810航天制造技术2005年4月第2期能如材料属性、边界条件、分析结果输出等功能集成提供了创新性的优化技术，使她在设计优化领域脱颖进来。有助于工程意识强烈而CAE背景薄弱，熟悉而出。生动的后处理结果显示输出包括，设计空间图、CAD的结构设计人员。同时简便易学，具备设计人员便览曲线、多

7、目标优化结果、灵敏度蛛状图、报表自亲和性，Windows的操作习惯和热键、自动探测装配动输出功能等。设计空间图提供输入参数与响应参数并建立接触关系、CAE术语和加载方式工程化、单位之间的关系，形成响应面或设计曲线。对离散变量有制的自动换算、全自动六面体网格、所有分析类型使特殊的显式方式。正则化的灵敏度图表，以直方图和用分析向导、自动生成计算报告等功能。通过一次有饼图的形式直观显示输入参数对响应参数的相对影限元计算就可以建立设计空间的响应面/曲线，然后查响程度。即时反映所有的输出参数在输入参数当前值询得到优化设计方案。将

8、CAD系统的设计参数集成的写响应，可以容易地、形象地比较多个结果参数蛛到分析过程中，通过建立设计空间，使设计人员对产状图。多目标优化结果的最优解输出，以及基于WEB品性能进行深入的研究，并提供了直观的工具，迅速的数据报表功能让小组设计人员之间可轻松地进行选择到优化的设计方案。软件提出新颖的优化概念，协调沟通。图1AnsysWork