基于Ansys软件的简支梁优化设计概要.doc

基于Ansys软件的简支梁优化设计 在实际工程中，经常需要对结构构件进行截面优化充分利用材料并节省造价。ANSYS软件提供了一些常用的结构优化功能，本算例将以一个受均布荷载的平面悬臂梁为例，介绍实用ANSYS软件对构件进行优化。 一 问题描述 承受均布载荷作用的钢制简支梁如图21-1所示，均布载荷p=5000N/m，跨度L=1 m。试确定该梁的高度h和宽度b，要求梁的高度h不超过100 mm、宽度b不低于50 mm、挠 度不超过0.2 mm时，使得梁的质量最小。 图1简支梁 二 操作步骤 1 建立有限元模型 (1)定义初始参量 在ansys窗口顶部菜单选择Parameters Scalar Parameters命令，输入如图2所示控制数： 图2 H=0.06 ! 简支梁截面高度 B=0.06 ! 简支梁截面宽度 L=l ! 简支梁长度 P=5e3 ! 作用在悬臂梁上的局部荷载 选择单元类型 拾取菜单 Main Menu—Preprocessor—Element Type—Add/Edit/Delete。在弹出的对话框中单击“Add”按钮；在弹出的对话框左侧列表中选“Structural Beam”，在右侧列表中选“2D elastic 3”，单击“OK”按钮；即选择BEAM3单元，Beam3单元是一种可承受拉、压、弯作用的单轴单元。单元的每个节点有三个自由度，即沿x,y方向的线位移及绕Z轴的角位移。 定义实常数 拾取菜单 Main Menu—Preprocessor—Real Constants—Add/Edit/Delete。在弹出的对话框中单击“Add”按钮，在弹出对话框的列表中选择“Type 1 BEAM3”，单击 “OK”按钮，各实常数值如下图3所示。 图3 其中AREA为横截面面积IZZ为截面惯性矩HEIGHT为截面高拾取菜单 Main Menu—Preprocessor—Material Props—Material Models。各值设置如下图4所示。 图4 创建关键点 拾取菜单 Main Menu—Preprocessor—Modeling—Create—Keypoints—In Active CS。弹出对话框，在“NPT”文本框中输入1,在“X，Y，Z”文本框中分别输入 0,0,0,单击“Apply”按钮；在“NPT”文本框中输入2,在“X，Y，Z”文本框中分别输入 L，0，0,单击“OK”按钮。 (6)显示关键点号 拾取菜单Utility Menu—PlotCtrls—Numbering。在弹出的对话框中，将关键点号打开，单击“OK”按钮。 (7)创建直线 拾取菜单 Main Menu一Preprocessor—Modeling—Create—Lines—Lines—Straight Line。弹出拾取窗口，拾取关键点1和2,单击“OK”按钮。 (8)划分单元 拾取菜单 Main Menu—Preprocessor—Meshing—MeshTool。弹“MeshTool” 对话框，单击其“SizeControls”区域中“Lines”后面的“Set”按钮，弹出拾取窗口，拾取直线，单击“OK”按钮，弹出对话框，在“NDIV”文本框中输入50,单击“OK” 按钮；单击“Mesh”区域中的“Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取直线，单击“OK”。单元划分的结果如下图5所示。 图5 (9)施加位移载荷 拾取菜单 Main Menu—Solution—Define Loads—Apply—Structural—Displacement—On Keypoints。弹出拾取窗口，拾取关键点1和2,单击“OK”按钮，弹出如下图6所示的对话框，在列表中选择“UX”和“UY”，单击“OK”按钮。 图6 施加压力载荷 拾取菜单 Main Menu — Solution — Define Loads —Apply— Structural —Pressure—On Beans。弹出拾取窗口，单击“Pick All”按钮，弹出对话框，在“LKEY” 文本框中输入1，在“VALI”文本框中输入5 000,单击“OK”按钮。结果如下图7所示。 图7 求解 拾取菜单 Main Menu—Solution—Solve—Current LS。单击 “Solv