基于ANSYS的人字架的优化设计毕业设计

明德砺志博学笃行机械工程学院基于ANSYS的人字架的优化设计（AccordingtoANSYSpersonwordofexcellentturnadesign）机械工程学院机自专升本081班苏瑞娟指导教师：彭春雷2010年6月8日明德砺志博学笃行机械工程学院人字架的用途•随着经济的发展，人字架在现代的生产中占据着很重要的地位，在工业生产中，人字架的应用很普遍。例如，门式起重机的主要构件之一就是人字架，它与转台、转柱构成了门式起重机臂架系统和平衡系统的支撑结构。如下图所示。明德砺志博学笃行机械工程学院明德砺志博学笃行机械工程学院•人字架也应用在航空航天领域明德砺志博学笃行机械工程学院•在我们的日常生活中，人字架也是随处可见的。比如在人字架梯子、公共场合的餐桌，明德砺志博学笃行机械工程学院一、研究的目的及意义•ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件,是典型的CAE(ComputerAidEngineering)软件。通过此课题的研究，了解掌握ANSYS软件的基本操作和分析方法，基于ANSYS的人字架的优化设计，优化人字架的高h和钢管平均直径D，使刚管总质量m为最小，这样能够节省材料，更经济。明德砺志博学笃行机械工程学院3.ANSYS分析主要步骤①分析问题②建立有限元模型③施加载荷与约束④进行求解⑤进行优化设置⑥查看优化结果明德砺志博学笃行机械工程学院人字架优化问题的分析•人字架有两个钢管构成，其顶点受外力2F=3×105N。已知人字架跨度2B=152cm，钢管壁厚T=0.25cm，钢管材料的弹性模量E=2.1×105MPa,材料密度ρ=7.8×103kg/m3,许用压应力。求在钢管压应力不超过许用压应力和失稳临界应力的条件下，人字架的高h和钢管平均直径D，使钢管总质量m为最小。明德砺志博学笃行机械工程学院人字架优化设计过程1.启动ANSYS2.设置工作名3.设置标题4.初始化设计变量5.定义单元材料6.创建模型明德砺志博学笃行机械工程学院创建简化模型明德砺志博学笃行机械工程学院有限元网格模型明德砺志博学笃行机械工程学院施加约束并求解明德砺志博学笃行机械工程学院•查看节点位移图明德砺志博学笃行机械工程学院进行优化设置并运行优化查看优化设计序列结果明德砺志博学笃行机械工程学院查看最优结果明德砺志博学笃行机械工程学院查看设计变量D和H的变化规律明德砺志博学笃行机械工程学院利用解析法进行理论计算•人字架的优化问题是以D和h为设计变量的二维问题，可以用解析法进行求解。假定使人字架总质量m(D,h)=为最小的最优解，刚好满足强度条件，即有2122)(222hBTDTDAL明德砺志博学笃行机械工程学院以将设计变量D用设计变量h表示将D代入目标函数m（D，h）中，得明德砺志博学笃行机械工程学院•根据极值必要条件明德砺志博学笃行机械工程学院结果讨论查看优化设计最优结果D=6.34cmH=77cm最优质量M=2×4.22kg=8.44kg理论计算结果D=6.43cmH=76cmM=8.47kg两者相比较，得出的误差很小,由此可见，利有限元法对工程结构进行分析优化，可以提高产品设计技术指标，并满足结构轻量化的目标。明德砺志博学笃行机械工程学院谢谢各位老师！