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基于ANSYS的锚杆托盘优化华美娱乐

发布于:2019-11-07 19:51
华美娱乐

      优化设计中的基本概念包括:设计变量(DVs),状态变量(SVs)及目标变量(OBJ)。设计变量即自变量,优化结果的取得是通过改变设计变量的值来实现的;状态变量用于定义优化的边界条件,是设计变量的函数;目标变量指最终的优化目的,它必须是设计变量的函数,即改变设计变量的值将改变目标变量的值,在ANSYS进行华美娱乐中优化的目的是获得目标变量的最小值。
      优化问题的基本原理是通过优化模型的建立,运用各种优化方法,通过满足设计要求条件下的迭代计算,求得目标函数的极值,得到最优的设计方案。优化问题的数学模型可表示为,F(X)为目标函数,是设计变量的函数,用来评价设计方案的优劣,优化问题即为求目标函数的极值,g(X)、h(X)为约束条件,是设计变量取值范围及状态变量空间范围的限制条件,是设计变量的函数。X为设计向量,由设计变量形成,是设计中需优选的设计参数,每个设计向量即为一个设计方案,设计向量的集合为设计空间R,满足约束条件得设计向量的集合为可行域,ANSYS优化分析流程图如图所示。
      ANSYS中的优化设计模型必须采用参数化建模,通过简单改变模型中的某些参数值,就可建立一个新的参数化模型。模型的几何变量、材料特性、载荷、约束数、最大应力等均可作为参数,并且要保证用作设计变量、状态变量及目标变量的这些量必须参数化。建立托盘优化设计模型,设定托盘的厚度T为一个变量,将其厚度T定义为一个参数,利用厚度T及其他不变几何尺寸建立的模型就是参数化模型。选取模型单元类型为solid186单元,材料为Q345,其弹性模量为210GPa,泊松比为0.3,材料的屈服强度为345 MPa。采用自由划分网格的方法,ESIZE=0.005 m。取托盘厚度T=0.079 m,边长120 mmx120 mm建立起托盘参数化有限元模型(注:取T=0.079 m为任意值,并无特殊含义;其次为了施加的载荷符合实际工况,在托盘顶部添加上类似锚杆的圆柱体,如图所示。(2)边界条件约束、载荷的加载和分析结果,依据锚杆托盘受压过程,在锚杆托盘的底面施加3个方向的位移约束分别为UX=UY=UZ=0;在锚杆托盘顶面,施加Z负方向的压力,大小为247 kN。求解计算结果如图所示,此厚度下锚杆托盘圆环处最大应力为368 MPa,强度不满足。
      依据上述静态分析结果,通过定义单元表,提取模型的总体积V作为参数,将总体积与密度P相乘,得到新的参数一模型质量参数W作为优化设计的目标变量。利用Get函数提取锚杆托盘圆环面上最大应力Stress作为参数,定义为优化设计的状态变量。优化设计的主要目的是求解厚度T,因此将T设置为设计变量。(1)将上述参数优化分析程序指定为优化分析文件,并作为优化循环的循环体;(2)定义优化变量:设计变量为锚杆厚度T=0.006-0.012 m、状态变量为Stress=0.345 MPa及目标函数为质量w;(3)选择优化工具和方法:选择一阶优化工具它提供的优化方法精度高。通过优化分析得到优化设计的最优方案、托盘圆环处最大应力Stress-Max随厚度T的变化曲线,如图所示。图表明优化分析结果是收敛的,也就是说优化分析结果是准确的。优化分析共获得5个设计方案,其中SET-5为最优解,最大应力为331.96 MPa,对应的托盘厚度T=8.3798 mm,最优质量为0.99757 kg。



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