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1、第23卷第3期湖北工业大学学报2008年06月Vol.23No.3JournalofHubeiUniversityofTechnologyJun.2008[文章编号]1003-4684(2008)0320064203ANSYS软件在压力容器结构优化设计中的应用周金枝,李小飞(湖北工业大学机械工程学院,湖北武汉430068)[摘要]介绍了ANSYS参数化设计语言APDL以及ANSYS的优化设计过程,结合APDL编程技术和ANSYS的优化设计模块对一个压力容器的结构进行了优化设计,得到满意的结果,这表明基于有限元分析的ANS
2、YS程序优化技术是进行压力容器的结构设计、提高设计精度和效率的有效手段.[关键词]优化设计;有限元分析;ANSYS软件;压力容器[中图分类号]TH311,TP391.72[文献标识码]:A优化设计是最优化技术和计算机计算技术在设其中,F(X)称为目标函数(OBJ),是表示设计特征计领域应用的结果.优化设计为工程设计提供了一的独立变量,它是设计要求函数,常包括重量、尺寸、种重要的科学设计方法,在解决复杂设计问题时,它形状、支撑位置、材料费用等性能准则.能从众多的设计方案中找到尽可能完善的或最适宜约束条件gi(X)、hj(X
3、)为状态变量(SV),是根的设计方案.在设计过程中,常常需要根据产品设计据用户指定的准则来判断设计模型的响应参数项,的要求,合理确定各种参数,例如:重量、成本、性能、通常包括内力、弯矩、应力、位移等,只有符合状态变承载能力、外廓尺寸等,以期达到最佳的设计目标.量要求的设计才是合理的设计.ANSYS软件是容结构、热、流体、电磁、声学于X是由设计中需优选的设计参数组成的向量称一体的大型通用有限元分析软件,其内嵌的参数化为设计变量(DV),通常包括几何尺寸、材质、载荷位设计语言(APDL)用建立智能分析的手段为用户提置、约束位
4、置等,每个设计变量都有上下限,应规定供了自动完成循环的功能,即程序的输入可设定为设计变量的变化范围.根据指定的函数、变量以及选出的分析标准作决定.这样的功能扩展完全满足优化设计的要求,而且其2ANSYS优化设计的基本过程强大的前处理建模、可视化界面也是其他优化语言所无法比拟的.ANSYS优化设计可以通过如下2种方法来实[2,3]现.1优化设计基本原理1)批处理方式.若用户对于ANSYS命令相当熟悉,则可选择用命令输入整个优化文件,并通过批优化设计主要包含2部分内容:优化设计问题处理方式优化.该方法实用于复杂灵活且需要大量
5、的建模和优化设计问题的求解.优化设计的基本原机时的分析任务(如非线性).理是通过构建优化模型,运用各种优化方法,通过在2)GUI方式.GUI方式具有更大的灵活性,而满足设计要求的条件下迭代计算,求得目标函数的且可以实时看到循环过程的结果.但使用GUI方式极值,得到最优设计方案.优化问题的数学模型可表时,首先要建立模型的分析文件,然后可交互式使用[1]示为:优化处理器的功能以确定设计空间,便于后续优化RNminF(X)(x1,x2,⋯,xn)∈R.处理.这些初期交互式的操作可以帮助用户缩小设s.t.gi(X)≤0(i=1,
6、2,⋯,m),计空间的大小,使优化过程得到更高的效率.hj(X)≤0(j=m+1,m+2,⋯,p).利用ANSYS进行结构优化设计的程序文件应[收稿日期]2007-12-01[作者简介]周金枝(1964-),女,湖北武汉人,湖北工业大学教授,研究方向:结构强度计算及仿真.©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第23卷第3期周金枝等ANSYS软件在压力容器结构优化设计中的应用6
7、5T包括指定分析文件、声明优化变量、选择优化方法Wt=minF(X)X=(x1,x2),(可采用零阶方法或一阶方法)和指定优化循环控制16≤x1≤19,21≤x2≤25,方式等几步.分析文件包括前处理、求解、后处理3σ≤[σ].个阶段.1)前处理阶段主要用来构建有限元模型,应其中F(X)表示容器的重量,X=(x1,x2]表示容器完成参数化设计变量,指定单元类型,设置单元实常的壁厚,σ表示优化设计中结构的等效应力强度.根数,设置材料属性,生成实体模型并进行单元划分.据设计的要求,沿壁厚的应力不能大于[σ].此步骤与普通有限
8、元分析的区别是必须采用根据问题性质来参数化有限元模型.2)在求解阶段完成施加外力荷载、位移约束、定义分析类型及分析选项、指定荷载步并调用SOLVE函数求解有限元模型等工作.3)后处理阶段提取计算结果并赋值给相应的参数,提取数据通过(3GET)命令实现.图2压力容器有限元模型3算例3.2优化计算采用参数化方式建立有限元
