有限元三杆桁架的优化设计.docx
《有限元三杆桁架的优化设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有限元三杆桁架的优化设计.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
有限元三杆桁架的优化设计
有限元作业
作业题目：
三杆桁架的优化设计
学生姓名：
苏宏斌
学号：
200900403064
专业：
数控技术
班级：
机自Y094
指导老师：
王虎奇
三杆桁架的优化设计
题目描述:
：
下图所示为一个有3根杆组成的桁架，承受纵向和横向载荷，杆件的横截面面积和基本尺寸B在指定范围内变化，要求桁架的每根杆件承受的最大应力小于（800+学号最后两位数）MPa，试对该结构进行优化设计，使得桁架重量最少。
弹性模量E=220GPa；泊松比：
0.3；密度ρ=7800kg/m3
材料最大许用应力：
σ=864MPa
横截面面积变化范围：
0.01～10cm2（初始值为10）
基本尺寸B变化范围：
1～2m（初始值为2）
前处理:
（1）定义工作文件名：
utilitymenu-file-changejobname，在弹出的changejobname对话框中输入文件名为:
suhongbin单击ok按钮。
（2）定义工作标题：
utilitymenu-file-changetile，在弹出的changetile对话框中输入suhongbin,单击ok按钮。
（3）定义参数的初始值：
utilitymenu-parameters-scalarparameters命令，弹出对话框，在selection下的文本框中输入B=2，按下enter键；A1=0.001,按下enter键；A2=0.001,按下enter键；A3=0.001,单击Close按钮。
参数将在菜单中显示。
（4）设置材料属性：
mainmenu-preprocessor-materialprops-materialmodel命令，设置EX=2.2e11,PRXY=0.3,DENS=7800。
（5）定义单元类型：
mainmenu-preprocessor-elementtype-add/edit/delete命令，弹出elementtype对话框。
单击add按钮，弹出libraryofelementtype对话框，在左边列中选择structurallink,在右边列中选择2Dspar1,单击ok。
（6）定义实常数：
mainmenu-preprocessor-realconstant命令，弹出realconstants对话框。
单击add按钮，又单击ok按钮，弹出realconstantsetnumber1,forlink1对话框。
在realconstantsetno后面的文本框中输入1，在cross-sectionarea后面的文本框中输入A1,单击apply按钮，在弹出同样对话框的同样位置分别输入2，A2,单击apply按钮，在弹出同样对话框的同样位置分别输入3,A3单击ok按钮，单击close按钮，完成实常数的设置。
（self：
此步最好按写的步骤做，不要用0.001替代A1，即使A1=0.001，因为A1也许在后面是变量，就不是0.001了）
（7）生成有限元节点：
mainmenu-preprocessor-moding-create-nodes-inactivecs命令，弹出的createnodesinactivecoordinatesystem对话框，在nodenumber后面的文本中输入1，其坐标值为：
-B,0,0,单击apply按钮，在nodenumber后面的文本中输入2，其坐标值为：
0,0,0,单击apply按钮，在nodenumber后面的文本中输入3，其坐标值为：
B,0,0,单击apply按钮，在nodenumber后面的文本中输入4，其坐标值为：
0,-2,0,单击ok按钮.
（8）关闭坐标符号显示：
utilitymenu-plotctrls-windowoptions，弹出一个对话框，在locationoftriad后面的下拉式选择栏中选择noshown，单击ok。
（9）打开节点编号显示：
utilitymenu-plotctrls-numbering命令，弹出plotnumberingcontrols对话框。
选择nodenumber复选框，单击按ok钮。
（10）生成第一个单元：
mainmenu-preprocessor-moding-create-elements-autonumbered-thrunodes命令，弹出一个拾取框，拾取编号为1和4（按照该顺序）的节点，单击ok按钮。
（11）改变第二个单元属性：
mainmenu-preprocessor-moding-create-elements-elemattributes命令，弹出elementattributes对话框。
在realconstantsetnumber下拉列表中选择2，单击ok按钮。
（12）生成第二个单元：
mainmenu-preprocessor-moding-create-elements-autonumbered-thrunodes命令，弹出一个拾取框，拾取编号为2和4（按照该顺序）的节点，单击ok按钮。
（13）改变第二个单元属性：
mainmenu-preprocessor-moding-create-elements-elemattributes命令，弹出elementattributes对话框。
在realconstantsetnumber下拉列表中选择3，单击ok按钮。
（14）生成第二个单元：
mainmenu-preprocessor-moding-create-elements-autonumbered-thrunodes命令，弹出一个拾取框，拾取编号为3和4（按照该顺序）的节点，单击ok按钮。
求解:
（1）施加边界条件：
mainmenu-solution-loadsapply-structural-displacement-onnodes命令，给编号为1,2,3的节点进行全约束。
（2）施加集中载荷：
mainmenu-solution-loadsapply-structuralforce/moment-onnodes命令，给编号为4的节点施加Fx方向-20000，Fy方向-20000的力。
（3）保存数据：
单击工具栏中的save_db按钮。
（4）求解运算：
mainmenu-solution-solve-currentls命令。
（5）保存优化结果到文件：
utilitymenu-file-saveas,在弹出的对话框中输入文件名为truss_resu，单击ok按钮。
优化设置：
（1）定义单元表：
mainmenu-generalpostproc-elementtable-definetable命令，弹出elementtabledate对话框，单击add按钮，弹出defineadditionalelementtableitems对话框。
在userlabelforitem后面的文本框中输入EVOLUME。
又在item,compresultsdateitem的左栏中选择geometry,在右栏中选择elemvolumevolu.单击ok按钮，单击close按钮。
（2）计算单元体积的总和：
mainmenu-generalpostproc-elementtable-sumofeachitem命令，弹出tabularsumofeachelementtableitem对话框，单击ok按钮，弹出一个信息窗口，在窗口中显示体积总和为76.5685。
选择该窗口菜单栏上的file-close,关闭该窗口。
（3）取出体积的值：
utilitymenu-parameters-getscalardate命令，弹出getscalardata对话框。
在typeofdatatoberetrived的左栏中选择resultsdata，在右栏中选择elemtablesums,单击ok按钮，弹出getelementtablesumresults对话框，在nameofparametertobedefined后面的文本中输入VTOT，单击ok按钮关闭该对话框。
（4）计算初始重量：
utilitymenu-parameters-scalarparameters命令，弹出scalarparameters对话框，在selection下面的文本中输入DENS=7800，并按下enter键，又在selection下面的文本中输入WT=DENS*VTOT，并按下enter键，总的体积将计算并在该对话框中显示，总的重量应为59.7234631.单击close按钮关闭该对话框。
（5）设置单元表：
mainmenu-generalpostproc-elementtable-definetable命令，弹出elementtabledata对话框，单击add按钮，弹出defineadditionalelementtableitems对话框，在userlableforitem后面的文本框中输入SIGMA，又在item,compresultsdataitem的左栏中选择bysequencenum,在右栏中选择LS,在其下面出现的LS,后面的文本框中输入1（表示序列号为1），单击ok按钮，又单击elementtabledata对话框的close按钮，关闭该对话框。
（6）得到第一杆的轴向应力：
utilitymenu-parameters-getscalardata命令，弹出getscalardata对话框，在thetypeofdatatoberetrived的左栏中选中resultsdata,在右栏中选择elemtabledata，单击ok按钮，弹出getelementtabledata对话框，在nameofparametertobedefined后面的文本中输入sig1,在elementnumbern后面的文本中输入1，在elemtabledatatoberetrived后面的下拉列表中选取SIGMA,单击apply按钮。
（7）得到第二杆的轴向应力：
又弹出getscalardata对话框，在thetypeofdatatoberetrived的左栏中选中resultsdata,在右栏中选择elemtabledata，单击ok按钮，弹出getelementtabledata对话框，在nameofparametertobedefined后面的文本中输入sig2,在elementnumbern后面的文本中输入2，在elemtabledatatoberetrived后面的下拉列表中选取SIGMA,单击apply按钮。
（8）得到第三杆的轴向应力：
又弹出getscalardata对话框，在thetypeofdatatoberetrived的左栏中选中resultsdata,在右栏中选择elemtabledata，单击ok按钮，弹出getelementtabledata对话框，在nameofparametertobedefined后面的文本中输入sig3,在elementnumbern后面的文本中输入3，在elemtabledatatoberetrived后面的下拉列表中选取SIGMA,单击ok按钮。
（9）计算轴向应力的绝对值：
utilitymenu-parameters-scalarparameter命令，弹出scalarparameters对话框，在selection下面的文本框中输入以下信息：
sig1=abs（sig1）,按下enter键确认；sig2=abs（sig2）,按下enter键确认；sig3=abs（sig3）,单击ok按钮,单击close按钮关闭该对话框。
（10）显示当前设计：
utilitymenu-plotctrls-style-sizeandshape命令，弹出sizeandshape对话框，单击displayofelementshapesbasedonrealconstantdescription后面的复选框，使其为on。
在realconstantmultiplier后面的文本框中输入2，单击ok按钮。
（11）改变视图方向：
utilitymenu-plotctrls-pan,zoom,rotate,打开pan-zoom-rotate工具栏。
单击LSO按钮，utilitymenu-plot-elements命令。
（12）生成优化分析文件:
utilitymenu-file-writedblogfile命令，弹出writedatabaselog对话框。
在writedatabaselogto下面的文本中输入文件名Truss_opt.lgw到路径名中，单击ok按钮。
（13）指定分析文件：
mainmenu-designopt-analysisfile-assign命令，弹出assignanalysisfile对话框。
在filename列表栏中指定Truss_opt.lgw，单击ok按钮。
（14）定义优化设计变量：
mainmenu-designopt-designvariable命令，弹出designvariables对话框。
单击add按钮，弹出defineadesignvariable对话框，在parametername的列表中选择B；在minimumvalue后面的文本中输入1，在maximumvalue后面的文本中输入2，单击apply按钮，重复上述操作，依次输入A1,0.01e-4,10e-4;A2,0.01e-4,10e-4;A3,0.01e-4,10e-4,单击ok按钮，单击close按钮关闭designvariables对话框。
（15）定义优化状态变量：
mainmenu-designopt-statevariables命令，弹出statevariables对话框。
单击add按钮，弹出designastatevariable对话框。
在parametersname的列表中选择sig1,在upperlimit后面的文本中框中输入864e6，单击apply按钮，重复上述操作过程，选择sig2，输入864e6;选择sig3,输入864e6，最后单击ok按钮，又单击close按钮关闭statevariable对话框。
（16）存储优化设计库：
mainmenu-designopt-optdatabase-save命令，弹出saveoptimizationdata对话框。
在filename下的文本中输入Truss-var.opt,单击ok按钮。
（17）设置重量目标函数：
mainmenu-designopt-objective命令，弹出defineobjectivefunction对话框，在parametername的列表中选择WT，在convergencetolerance后面的文本框中输入1，单击ok按钮。
（18）指定一阶优化方法：
mainmenu-designopt-method/tool命令，弹出specifyoptimizationmethod对话框，选择first-orderradio，单击ok按钮，弹出controlsforfirst-orderoptimization对话框，在maximumiterations后面的文本框中输入15，单击ok按钮。
（19）保存优化数据：
单击工具条上的Save_DB。
（20）运行优化：
mainmenu-designopt-run命令，弹出beginexecutionofrun对话框，查看分析信息后，单击ok按钮开始优化运算。
当系统出现executionsummary对话框时，表明优化过程已经结束，单击ok按钮和close按钮。
（21）保存优化结果到文件：
utilitymenu-file-saveas，在弹出的对话框中输入文件名为Truss_opt_resu.dlb，单击ok按钮。
查看优化结果
（1）列出最佳设计序列：
mainmenu-designopt-designsets-list命令，弹出listdesignsets对话框，在单选按钮栏中单击选中BESTSet，单击ok按钮，弹出oplistcommand窗口，最佳序列的结果即每个设计变量、状态变量和目标函数的值都在此窗口中。
（2）列出所有序列的结果：
mainmenu-designopt-designsets-list命令，弹出对话框，在单选按钮栏中单击选中ALLSet，单击ok按钮，弹出信息窗口，所有迭代序列的结果即每个设计变量、状态变量和目标函数的值都在此窗口中，菜单栏上的file-close即可关闭该窗口.
（3）设置坐标轴标题：
utilitymenu-plotctrls-style-graphs-modifyaxes命令，弹出graphcontrols对话框。
在x-axislable后面的文本中输入iterationnumber,在y-axislable后面的文本中输入StructureWeight，单击ok按钮。
（4）显示重量的变化规律：
mainmenu-designopt-graphs/tables命令，弹出graph/listtableofdesignsetparameters对话框，在y-variableparams列表栏中选择WT，单击ok按钮。
（5）设置坐标轴标题：
utilitymenu-plotctrls-style-graphs-modifyaxes命令，弹出graphcontrols对话框。
在y-axislable后面的文本中输入BaseDimension，单击ok按钮。
（6）显示基本尺寸的变化规律：
mainmenu-designopt-graphs/tables命令，弹出graph/listtablesofdesignsetparameters对话框，在y-variableparams的列表中选择B，单击ok按钮。
（7）设置坐标轴标题：
utilitymenu-plotctrls-style-graphs-modifyaxes命令，弹出graphcontrols对话框。
在y-axislable后面的文本中输入Cross-SectionalArea,单击ok按钮。
（8）显示杆截面的变化规律：
mainmenu-designopt-graphs/tables命令，弹出graph/listtablesofdesignsetparameters对话框，在y-variableparams的列表中选择A1,A2,A3,单击ok按钮。
（9）设置坐标轴标题：
utilitymenu-plotctrls-style-graphs-modifyaxes命令，弹出graphcontrols对话框。
在y-axislable后面的文本中输入MaximumStress,单击ok按钮。
（10）显示应力的变化规律：
mainmenu-designopt-graphs/tables命令，弹出graph/listtablesofdesignsetparameters对话框，在y-variableparams的列表中选择sig1,sig2,sig3,单击ok按钮。
命令流操作方式：
/BATCH
/COM,ANSYSRELEASE12.0.1UP2009041521:
10:
1510/23/2011
/TITLE,suhongbin
*SET,B,2
*SET,A1,0.001
*SET,A2,0.001
*SET,A3,0.001
/PREP7
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2.2e11
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,7800
ET,1,LINK1
R,1,A1,,
R,2,A2,,
R,3,A3,,
N,1,-B,0,0,,,,
N,2,0,0,0,,,,
N,3,B,0,0,,,,
N,4,0,-2,0,,,,
/PLOPTS,INFO,3
/PLOPTS,LEG1,1
/PLOPTS,LEG2,1
/PLOPTS,LEG3,1
/PLOPTS,FRAME,1
/PLOPTS,TITLE,1
/PLOPTS,MINM,1
/PLOPTS,FILE,0
/PLOPTS,LOGO,1
/PLOPTS,WINS,1
/PLOPTS,WP,0
/PLOPTS,DATE,2
/TRIAD,OFF
/REPLOT
/PNUM,KP,0
/PNUM,LINE,0
/PNUM,AREA,0
/PNUM,VOLU,0
/PNUM,NODE,1
/PNUM,TABN,0
/PNUM,SVAL,0
/NUMBER,0
/PNUM,ELEM,0
/REPLOT
FLST,2,2,1
FITEM,2,1
FITEM,2,4
E,P51X
TYPE,1
MAT,1
REAL,2
ESYS,0
SECNUM,
TSHAP,LINE
FLST,2,2,1
FITEM,2,2
FITEM,2,4
E,P51X
TYPE,1
MAT,1
REAL,3
ESYS,0
SECNUM,
TSHAP,LINE
FLST,2,2,1
FITEM,2,3
FITEM,2,4
E,P51X
FINISH
/SOL
FLST,2,3,1,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-3
/GO
D,P51X,,,,,,ALL,,,,,
FLST,2,1,1,ORDE,1
FITEM,2,4
/GO
F,P51X,FX,2e4
FLST,2,1,1,ORDE,1
FITEM,2,4
/GO
F,P51X,FY,-2e4
SAVE
/STATUS,SOLU
SOLVE
SAVE,'truss_resu','db','D:
\SHB\'
FINISH
/POST1
AVPRIN,0,,
ETABLE,EVOLUME,VOLU,
SSUM
*GET,VTOT,SSUM,,ITEM,EVOLUME
*SET,DENS,7800
*SET,WT,DENS*VTOT
AVPRIN,0,,
ETABLE,SIGMA,LS,1
*GET,sig1,ELEM,1,ETAB,SIGMA
*GET,sig2,ELEM,2,ETAB,
升级会员 