关于ansys优化算法的研究及其在液压机优化设计中的应用

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1、文章编号：1672—0121(201O)01—0043一O5ANSYS优化算法的研究及其在液压机优化设计中的应用夏卫明，骆桂林，嵇宽斌(江苏国力锻压机床有限公司，江苏扬州225009)摘要：以有限大平板中的孔形状优化问题为例，探讨ANSYS优化设计模块中优化算法(和几种组合优化算法)的特点。并根据结论，选择了两种组合优化算法对某型四柱液压机机身整体进行了优化计算，得到了优化后液压机几何模型参数。利用优化后的参数进行了模型的重新构建分析，结果表明，新的设计满足液压机的强度刚度设计条件，机身的材料分布更合理，整体重量有较大的减轻。关键词：机床技术；优化设计；液压机；有限元中图分类

2、号：TG315文献标识码：B1引言法的特点。最后根据结论，采用合适的优化算法对某机械零件优化主要研究在各种边界条件下如何型液压机进行整体优化，合理分布材料，适度降低机确定零件边界形状、尺寸分布，尽可能提高结构承载床重量，提高机床的刚度和强度，实现优化设计在工能力、消除(或减少)材料的冗余和延长使用寿命嘲。程问题中的应用。近年来，随着计算机求解性能的不断提高，以有限元分析技术为基础的工程设计方法得到了发展，为机2研究模型械结构的优化设计问题奠定了研究和应用基础，并如图1所示为研究力学模型，优化目标为在给已在各工程领域得到了广泛应用。但由于一般结构定的设计域(外边界为边长等于2R

3、的正方形和内的力学响应具有很强的非线性，一般无理论解，也无边界为半径等于R的圆所包围的区域)约束下通过法获得显式的目标函数解析表达式，再加上实际约优化孔边界形状获得最小应力集中系数。取指数、束条件的多样性，使得机械结构的优化问题一直没为设计变量，用双指数“超圆”参数方程来描述孔有得到很好的解决。边界：ANSYS有限元程序提供的内嵌优化设计模块可以解决多种工程优化问题。该模块最常见的优化(+(鲁)：(1)算法有零阶法、一阶法、随机搜索法、等步长搜索法、乘子计算法和最优梯度法。由于各种优化算法所执行的内部数值方法各不相同，各自求解精度、效率、适合求解的问题规模也不相同，因此，采用

4、何种算法或何种算法组合应根据具体问题而定。这也是本文所要探讨的课题。本文就弹性力学中的一个经典问题一有限大平板中的孑L边界应力集中系数问题，进行了探讨。以有限元为手段，对孔边界形状进行参数化描述，采用不同的优化算法进行孔形状优化求解，研究不同算图1研究力学模型收稿日期：2009～11-12作者简介：夏卫明(1981一)，男，硕士，从事机床结构强度计算及其设3结果与讨论计优化计算中有限元模型如图2所示，平面应力假采用平面四边形八节点等参这里选用6种优化算法H-算方案(或组合)分别5一rEPLANE82划分模型，弹性进行求解，在进行计算时，各方案的边界条件和有限模量E=200GP

5、a，泊松比=元模型保持不变。组合方案的计算原则是先运行计0．3。为获得精确的结果，控算精度低的优化算法，获得可行解，然后以最优可行制孔边界附近单元尺寸为解为迭代起点，运行精度高的优化算法，结果见表10．1ESIZE，ESIZE为远离孔表示。边界区域单元尺寸。在板的k．-1各4~t4E算法(或组合)计算结果上边界线上均匀施加=优化编设计设计变量应力求解1MPa的应力，定义应力集中迭代最优解集中时间系数为／0r，其中一为孔算法号次数竹l系数，s图2有限元模型边界附近的最大切向正应随机搜索法130第2l步8．34842．22652．4425l5力。在此边界条件下，计算得到孔边最大切

6、向正应力零阶法230第9步17．4331．18972．553053”为3．036MPa(如图3所示)，发生在圆孔边界与轴交点处，与这一问题的理论解3．0MPa非常接近。图一阶法330第5步6．81671．87432．3168232”4所示是采用一阶优化方法，按式(1)优化的后的孔410+20第4步17．1241．16292．532639"随机搜索法边界应力分布和孔形状。525+5第2l步8．34842．22652．4425l16”+零阶法aS，一625+10第21步8．34842．22652．4425l21-圜嘲710+20第11步16．6O91．16292．5O9849啊口

7、[：3随机搜索法囡825+5第27步8．17041．73342．3225l56I，-+一阶法925+10第27步8．17041．73342．3225l5102+10第6步6．75811．87432．316613115+10第8步9．89861．51882．4106138”零阶法+一阶法图3圆形孔应力分布1l10+5第12步15．8331．18972．5O77l’27{s1210+10第12步l5．8331．18972．507712一一鞠暾■暖由表1，可以得出如下结论：口[](1)随机搜索法可以用于研究整