基于ansys钢结构构件优化设计

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1、基于ANSYS钢结构构件优化设计　　摘要：在土木建筑大兴发展的今天，钢结构的使用使得建筑独具一格，但是钢材的造价较高，通过ANSYS我们可以对钢结构构件进行截面的优化，建立了预设的构件尺寸，通过MicrosoftExcel工作表改变截面的尺寸，建立ANSYS网格模型。并以现有的构件截面尺寸试验数据为样本，通过对构件施加不同的约束形式（点约束、线约束、面约束），用ANSYS模型计算出该构件的应力值。对不同的约束形式实验数据和实际计算值进行了分析对比，结果表明，模拟值与计算值吻合良好，精度较高。该方法可作为实际结构设计的一种辅助手段对钢结构构

2、件进行截面优化设计。关键词：钢结构构件；ANSYS；应力；网格划分；优化设计中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：1、引言8钢材是现代最为广泛的建筑材料之一，各种不同型钢的出现更使得钢结构在工程中得到广泛的应用和发展，刚结构和其他结构相比具有：钢材的强度高，塑性、韧性好，材质均匀，工作可靠性高，良好的可焊性等等优点。在土木工程中，钢结构有着广泛的应用。随着铁矿资源的不断开采与发展使钢结构的资源受到更到的重视，对铁矿的充分利用是一个比较重要的问题，在满足构件安全承载的情况下对截面的优化成为一个热门问题。ANSYS程序建立了交互式菜单

3、系统，极大地简化了分析过程的操作性，使设计分析更加直观和可视化，程序不仅仅是求解器，同时提供前后处理器，对模型的创建和结果的处理更加方便，使得优化更加精确。此外，ANSYS软件本身所拥有的大量单元形式，可以很方便的让使用者建立各个构件之间的共同工作模型，因此在很多实际问题中都取得了成功应用，在此文中使用ANSYS解决截面的优化过程。2、ANSYS单元类型特点2.1单元类型的选择，跟你要解决的问题本身密切相关。在选择单元类型前，首先你要对问题本身有非常明确的认识，然后，对于每一种单元类型，每个节点有多少个自由度，它包含哪些特性，能够在哪些条

4、件下使用，在ANSYS的帮助文档中都有非常详细的描述，要结合自己的问题，对照帮助文档里面的单元描述来选择恰当的单元类型。我采用的是实体单元。2.1实体单元的选择实体单元类型也比较多，实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。常用的实体单元类型有solid45,8solid92,solid185,solid187这几种。其中把solid45,solid185可以归为第一类，他们都是六面体单元，都可以退化为四面体和棱柱体，单元的主要功能基本相同,(SOLID185还可以用于不可压缩超弹性材料)。Solid92,solid187可以归为第二类，

5、他们都是带中间节点的四面体单元，单元的主要功能基本相同。如果所分析的结构比较简单，可以很方便的全部划分为六面体单元，或者绝大部分是六面体，只含有少量四面体和棱柱体，此时，应该选用第一类单元，也就是选用六面体单元；如果所分析的结构比较复杂，难以划分出六面体，应该选用第二类单元，也就是带中间节点的四面体单元。如果单元类型选取不当，在划分网格的时候，由于结构比较复杂，六面体划分不出来，单元全部被划分成了四面体，也就是退化的六面体单元，这种情况，计算出来的结果的精度是非常糟糕的，有时候即使你把单元划分的很细，计算精度也很差，这种情况是绝对要避免的

6、。对于实体单元，总结起来就一句话：复杂的结构用带中间节点的四面体，优选solid187，简单的结构用六面体单元，优选solid185。实验中选取solid185.3、ANSYS模型的建立及求解处理ANSYS可以提供将近200单元类型，可以研究：结构（静力和动力）流体、热场、电场和磁场、耦合场等问题。对于构件的优化问题可以选用静力结构问题分析来完成。3.1定义单元的类型及单元实常数：MainMenu>Prepeocessor>ElmentType;在这里可以添加和选取各种单元。83.2定义材料类型：MainMenu>Prepeocessor

7、>MaterialProp>MaterialModel；在这里设定钢材的弹性模量，泊松比，密度等。本次实验中就对吊车梁构件进行研究，故采用的是相同的单元属性和材料属性，如果对较为复杂的构件或者由多个构件所组成的结构进行模型建立时可能需要对不同的受力构件以及不同受力特征的构件，这时需要建立不同的单元类型和材料属性，并用相关的作业名称表示以作区别和试验时的调用。3.3创建关键点、线、面、体；MainMenu>Prepeocessor>Modeling>Create>KeypointS>InActiveCS/Lines>StraightLine

8、/其中线、面、体都可以根据关键点建立起来。在此过程中应该注意对于不同的构件要调用与之对应的作业构件属性。3.4单元的网格划分；MainMenu>Prepeocessor>Meshing>Mes