有限元三杆桁架的优化设计.docx

1、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=7800kg/m3材料最大许用应力：= 864 MPa横截面面积变化范围：0.0110cm2（初始值为10）基本尺寸B变化范围

2、：12m（初始值为2） 前处理:（1） 定义工作文件名：utility menu-file-change jobname，在弹出的change jobname对话框中输入文件名为: suhongbin 单击ok按钮。（2） 定义工作标题：utility menu-file-change tile，在弹出的change tile对话框中输入suhongbin ,单击ok按钮。（3） 定义参数的初始值：utility menu-parameters-scalar parameters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

3、；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：main menu-preprocessor-material props-material model命令，设置EX=2.2e11 , PRXY=0.3 , DENS=7800。（5） 定义单元类型：main menu-preprocessor-element type-add/edit/delete命令，弹出element type对话框。单击add按钮，弹出library of element type对话框，在左边列中选择structural link,在右边列中选

4、择2D spar 1,单击ok。（6） 定义实常数：main menu-preprocessor-real constant命令，弹出real constants对话框。单击add按钮，又单击ok按钮，弹出real constant set number 1,for link1对话框。在real constant set no后面的文本框中输入1，在cross-section area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。（sel

5、f：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：main menu-preprocessor-moding-create-nodes-in active cs命令，弹出的create nodes in active coordinate system对话框，在node number后面的文本中输入1，其坐标值为：-B,0,0,单击apply按钮，在node number后面的文本中输入2，其坐标值为：0,0,0,单击apply按钮，在node number后面的文本中输入3，其坐标值为：B,0,0,

6、单击apply按钮，在node number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：utility menu-plotctrls-window options，弹出一个对话框，在location of triad 后面的下拉式选择栏中选择 no shown ，单击 ok 。（9） 打开节点编号显示：utility menu-plotctrls-numbering命令，弹出plot numbering controls对话框。选择node number复选框，单击按ok钮。（10） 生成第一个单元：main menu-preprocessor-mod

7、ing-create-elements-auto numbered-thru nodes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：main menu-preprocessor-moding-create-elements-elem attributes命令，弹出element attributes对话框。在real constant set number下拉列表中选择2，单击ok按钮。（12） 生成第二个单元：main menu-preprocessor-moding-create-elements-auto numbered-th

8、ru nodes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：main menu-preprocessor-moding-create-elements-elem attributes命令，弹出element attributes对话框。在real constant set number下拉列表中选择3，单击ok按钮。（14） 生成第二个单元：main menu-preprocessor-moding-create-elements-auto numbered-thru nodes命令，弹出一个拾取框，拾取编号为3和4（按照该顺序）的节

9、点，单击ok按钮。求解:（1） 施加边界条件：main menu-solution-loadsapply-structural-displacement-on nodes命令，给编号为1,2,3的节点进行全约束。（2） 施加集中载荷：main menu-solution-loadsapply-structural force/moment-on nodes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：main menu-solution-solve-current ls命令。（5） 保存优化结果到

10、文件：utility menu-file-save as,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：main menu-general postproc-element table-define table命令，弹出element table date对话框，单击add按钮，弹出define additional element table items对话框。在user label for item后面的文本框中输入EVOLUME。又在item,comp results date item的左栏中选择geometry,在右栏中选择elem v

11、olume volu.单击ok按钮，单击close按钮。（2） 计算单元体积的总和：main menu-general postproc-element table-sum of each item命令，弹出tabular sum of each element table item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：utility menu-parameters-get scalar date命令，弹出get scalar data对话框。在type of data to b

12、e retrived的左栏中选择results data，在右栏中选择elem table sums,单击ok按钮，弹出get element table sum results对话框，在name of parameter to be defined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：utility menu-parameters-scalar parameters命令，弹出scalar parameters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

13、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：main menu-general postproc-element table-define table命令，弹出element table data对话框，单击add按钮，弹出define additional element table items对话框，在user lable for item后面的文本框中输入SIGMA，又在item,comp results data item的左栏中选择by sequence num,在右栏中选择LS, 在其下面

14、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element table data对话框的close按钮，关闭该对话框。（6） 得到第一杆的轴向应力：utility menu-parameters-get scalar data命令，弹出get scalar data对话框，在the type of data to be retrived的左栏中选中results data,在右栏中选择elem table data，单击ok按钮，弹出get element table data对话框，在name of parameter to be defined后面的文本中输

15、入sig1,在element number n后面的文本中输入1，在elem table data to be retrived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get scalar data对话框，在the type of data to be retrived的左栏中选中results data,在右栏中选择elem table data，单击ok按钮，弹出get element table data对话框，在name of parameter to be defined后面的文本中输入sig2,在element number n后面的

16、文本中输入2，在elem table data to be retrived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get scalar data对话框，在the type of data to be retrived的左栏中选中results data,在右栏中选择elem table data，单击ok按钮，弹出get element table data对话框，在name of parameter to be defined后面的文本中输入sig3,在element number n后面的文本中输入3，在elem table data to

17、 be retrived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：utility menu-parameters-scalar parameter命令，弹出scalar parameters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：utility menu-plotctrls-style-size and shape命令，弹出size and

18、 shape对话框，单击display of element shapes based on real constant description后面的复选框，使其为on。在real constant multiplier后面的文本框中输入2，单击ok按钮。（11） 改变视图方向：utility menu-plotctrls-pan,zoom,rotate,打开pan-zoom-rotate工具栏。单击LSO按钮，utility menu-plot-elements命令。（12） 生成优化分析文件:utility menu-file-write db log file命令，弹出write dat

19、abase log对话框。在write database log to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：main menu-design opt-analysis file-assign命令，弹出assign analysis file对话框。在file name列表栏中指定Truss_opt.lgw，单击ok按钮。（14） 定义优化设计变量：main menu-design opt-design variable命令，弹出design variables对话框。单击add按钮，弹出define a design variable

20、对话框，在parameter name的列表中选择B；在minimum value后面的文本中输入1，在maximum value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design variables对话框。（15） 定义优化状态变量：main menu-design opt-state variables命令，弹出state variables对话框。单击add按钮，弹出design a state variable对话框。在

21、parameters name的列表中选择sig1,在upper limit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state variable对话框。（16） 存储优化设计库：main menu-design opt-opt database-save命令，弹出save optimization data对话框。在file name下的文本中输入Truss-var.opt,单击ok按钮。（17） 设置重量目标函数：main menu-design opt-obj

22、ective命令，弹出define objective function对话框，在parameter name的列表中选择WT，在convergence tolerance后面的文本框中输入1，单击ok按钮。（18） 指定一阶优化方法：main menu-design opt-method/tool命令，弹出specify optimization method对话框，选择first-order radio，单击ok按钮，弹出controls for first-order optimization对话框，在maximum iterations后面的文本框中输入15，单击ok按钮。（19） 保

23、存优化数据： 单击工具条上的 Save_DB 。（20） 运行优化：main menu-design opt-run命令，弹出begin execution of run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execution summary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：utility menu-file-save as，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：main menu-design opt-design sets-list

24、命令，弹出list design sets对话框，在单选按钮栏中单击选中BEST Set，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：main menu-design opt-design sets-list命令，弹出对话框，在单选按钮栏中单击选中ALL Set，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：utility menu-plotctrls-style-graph

25、s-modify axes命令，弹出graph controls对话框。在x-axis lable后面的文本中输入iteration number,在y-axis lable后面的文本中输入Structure Weight，单击ok按钮。（4） 显示重量的变化规律：main menu-design opt-graphs/tables命令，弹出graph/list table of design set parameters对话框，在y-variable params列表栏中选择WT，单击ok按钮。（5） 设置坐标轴标题：utility menu-plotctrls-style-graphs-m

26、odify axes命令，弹出graph controls对话框。在y-axis lable后面的文本中输入Base Dimension，单击ok按钮。（6） 显示基本尺寸的变化规律：main menu-design opt-graphs/tables命令，弹出graph/list tables of design set parameters对话框，在y-variable params的列表中选择B，单击ok按钮。（7） 设置坐标轴标题：utility menu-plotctrls-style-graphs-modify axes命令，弹出graph controls对话框。在y-axis

27、lable后面的文本中输入Cross-Sectional Area, 单击ok按钮。（8） 显示杆截面的变化规律：main menu-design opt-graphs/tables命令，弹出graph/list tables of design set parameters对话框，在y-variable params的列表中选择A1,A2,A3, 单击ok按钮。（9） 设置坐标轴标题：utility menu-plotctrls-style-graphs-modify axes命令，弹出graph controls对话框。在y-axis lable后面的文本中输入Maximum Stress

28、, 单击ok按钮。（10） 显示应力的变化规律：main menu-design opt-graphs/tables命令，弹出graph/list tables of design set parameters对话框，在y-variable params的列表中选择sig1,sig2,sig3, 单击ok按钮。命令流操作方式：/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 12.0.1 UP20090415 21:10:15 10/23/2011/TITLE,suhongbin*SET,B,2*SET,A1,0.001 *SET,A2,0.001 *SET,A3,0.001 /PREP7

29、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

30、,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, 1REAL, 2 ESYS, 0 SECNUM, TSHAP,LINE FLST,2,2,1 FITEM,2,2

31、FITEM,2,4 E,P51X TYPE, 1 MAT, 1REAL, 3 ESYS, 0 SECNUM, TSHAP,LINE FLST,2,2,1 FITEM,2,3 FITEM,2,4 E,P51X FINISH/SOLFLST,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,SOLUSOLVE 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,