支座板优化设计.docx

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支座板优化设计

问题描述：

如图1-1所示为某一个液压缸用的支座板。

钢板的截面宽度为50mm，其余原始尺寸如图所示，在圆弧凹槽向下作用80000N的压力。

试通过优化设计确定V2，R4，使得支座板的质量最小。

要求支座板的最大弯曲变形小于2mm，最大等效应力不能超过250MPa。

图1-1钢板截面

1优化设计：

（1）创建项目A，进行结构静力学分析，并定义输入和输出参数。

1）创建项目A，进行结构静力学分析，如图1-2。

图1-2创建项目A

2）定义材料模型，如图1-3。

图1-3定义材料模型

3）启动DM模块，并进行建模和输入相关参数，如图1-4。

图1-4建模并输入相关参数

4）创建面体，如图1-5所示。

5）指定几何体属性，进行2D分析，如图1-6所示。

6）对A4格Model进行刷新，并双击Model项。

7）为几何体分配材料模型，如图1-7所示。

图1-5创建面体图1-6指定几何体属性

图1-7分配材料模型

8）划分网格，如图1-8所示。

9）在支座板底端施加固定支撑，如图1-9所示。

图1-8划分网格

图1-9施加固定支撑

10）在支座板圆弧凹槽施加竖直向下的轴承载荷80000N载荷，如图1-10。

图1-10施加载荷

11）指定总变形为计算结果，指定最大总变形量为输出变量，如图1-11。

12）指定等效应力为计算结果，指定最大等效应力为输出变量，如图1-12。

图1-11计算总变形图1-12计算等效应力

13）求解结果，查看总变形和等效应力图，如图1-13，图1-14所示。

图1-13总变形结果

图1-14等效应力结果

结果显示最大变形为2.8211mm，最大等效应力为38.092MPa，质量为1.9261Kg。

（2）试验设计，生成足够的设计点。

①调入目标驱动优化工具，创建项目B，双击“DesignofExperiments”，进行试验设计。

②指定输入参数变化范围，生成设计点。

如图1-15所示。

（3）更新响应面，分析输入参数和输出参数的关系。

①做出响应图，如图1-16、图1-17、图1-18、图1-19。

②做出敏感度图，如图1-20。

③做出蜘蛛网图，如图1-21.

图1-15实验设计

图1-16v1与最大等效应力响应图

图1-17v1与最大变形响应图

图1-18r1与最大等效应力响应图

图1-19r1与最大变形响应图

图1-20敏感度图图1-21蜘蛛网图

（4）指定优化评定准则，更新优化，得到最佳设计点。

①双击项目B的B4格“Optimization”项，进行优化设计。

②指定优化评定准则并得到三个候选设计点，并将Table窗口第7行的候选设计点A插入到设计空间，如图1-22所示。

图1-22候选设计点

（5）将插入到设计空间的候选设计点A改变为当前的设计点，查看其变形和应力情况。

①双击项目管理界面中的“ParametersSet”，进行参数工作空间，如图1-23。

图1-23参数工作空间

②将Table窗口的第四行显示的DP1的输入参数复制到当前设计点。

③单击“ReturntoProject”，返回项目管理界面。

④刷新数据。

⑤进行新的求解，得到新设计点的支座板的质量为，如图1-24所示，并得到新设计点的总变形和等效应力图，如图1-25,图1-26所示。

图1-24新设计点支撑座质量

图1-25新设计点的总变形

图1-26新设计点的等效应力

结果显示，在优化后的质量为1.5519Kg，与原始设计对比有所改善，并且变形和最大等效应力均比原始设计下降很多。

2模态分析：

（1）利用Solidworks建模并导入ANSYSWorkbench中。

（2）模态分析

①建立Model项目A，并划分网格，设置相关度为100，如图2-1所示。

②在支座板底端添加固定支撑约束，如图2-2所示。

③设置五阶模态，如图2-3所示。

图2-1划分网格图2-2施加固定支撑

图2-3设置五阶模态

④求解得到前五阶模态图，如图2-4、图2-5、图2-6、图2-7、图2-8所示。

图2-4一阶模态图图2-5二阶模态图

图2-6三阶模态图图2-7四阶模态图

图2-8五阶模态图