研究ansys空间网架有限元分析及优化设计

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1、研究ANSYS空间网架有限元分析及优化设计空间X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X空间X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，自重）的作用下，利用强大有限元分析软件ANSYS对X架结构进行静力学分析，之后利用ANSYS强大的优化设计功能，在结构安全的情况下，对X架杆件的截面进行优化设计，然后根据现有的杆件的截面，公道的选择杆件截面，减少材料的消耗量，达到最经济，公道的设计，实现可持续发展，作出令人满足的设计。　　1前

2、言　　空间X架结构由于具有轻便、通透的特点，适合大面积、大跨度的使用，现已经成为土木工程大跨度结构中采用的最多的结构形式。土木工程师在对X架结构进行受力分析时，往往希看通过采用诸如ANSYS等大型通用有限元分析软件进行计算。考虑到大跨度X架结构的材料用量，必然希看在结构安全的情况下，材料的实用量能够达到最少，ANSYS的后期强大的优化设计功能很好地解决了这个题目。在运用ANSYS进行优化设计时应公道选用迭代次数，在以尽量少的计算量的情况下，得出最优解。　　2单元类型的选取　　空间X架结构组成部分主要为杆单元，X架的受力特点是杆件均为铰接，不能承受弯矩和扭矩，因此所有的杆件只受

3、拉或受压。　　LINK8三维杆（或桁架）单元是有着广泛的工程应用的杆单元，比如可以用来模拟：桁架、缆索、连杆、弹簧等等。这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点具有三个自由度：沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动。就像在铰接结构中的表现一样，本单元不承受弯矩。本单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形、大应变等功能。对于LINK8单元有如下假设：杆单元假定为一直杆，轴向荷载作用在末端，自杆的一端至另一段均为同一属性。杆长应大于零，即节点I和J不重合。面积也必须比零要大。假定温度沿杆长线性变化。位移函数暗含着在杆上具有相同的应力。初始应变也被用来计算应力刚度矩阵，即便是对于第

4、一次累计迭代。X架结构中的杆件的受力形式为二力杆，使用Link8来模拟是最公道的选择。　　3材料模型的选取　　X架结构中的材料模型的选取也对整个仿真工程的精确程度有着重大的影响，正确的选择材料模型，将对整个虚拟工程的可信度起到重大的影响，再次我们选择低碳钢Q235作为X架结构的材料，为了减少计算量，避免由于材料非线性引起的非线性题目，在此假设Q235为线弹性材料，并且定义其弹性模量为201Gpa，泊松比为0.3，许用应力210Mpa。　　4荷载选取　　在荷载选择方面，在此我们选择一个最常规的荷载模式，就是在永久荷载以及本身自重的作用下，其中忽略了一些次要的荷载。　　5ANSY

5、S优化设计先容　　ANSYS优化设计大致可分为以下八个步骤：　　第一步：天生分析文件　　分析文件的天生是ANSYS优化设计过程的关键部分。ANSYS程序运用分析文件构造循环文件，进行循环分析。在分析文件中模型的建立必须参数化的（通常是优化变量为参数），结果也必须用参数来提取（用于状态变量和目标函数）。生生分析文件主要有以下几个步骤:　　（1）参数化建立模型。用设计变量作为参数建立模型的工作是在/PREP7中完成的。　　（2）求解。求解用于定义分析类型和分析选项，施加荷载，指定荷载步，完成有限元计算。分析中所用到的数据都要指出：凝聚法分析中的主自由度，非线性分析中的收敛准则，谐

6、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）参数化提取结果。在本步中，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。提取数据的操纵用*GET命令（UtilityMenu>Parameters>GetScalarData）实现。通常用POST1来完本钱步操纵，特别是涉及到数据的存储，加减或其他操纵。　　（4）分析文件预备。　　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：进进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

7、量，哪些参数是目标函数，答应有不超过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