以ANSYS为分析器的结构优化软件研制——杆梁组合结构优化

摘要

该文基于前人结构优化理论与方法研究成果,从工程应用的实际出发,将已有雏形的以ANSYS为分析器的结构优化软件SOGA的功能从只能优化桁架结构进一步扩充到可以优化杆-梁组合结构,使得该软件完全能够处理各种类型的杆系结构,实用性得到了进一步提高.该文主要研究了ANSYS的各种数据接口文件,实现了五种典型截面梁(圆截面梁,矩形截面梁,工字截面梁,盒式截面梁和圆环截面梁)的截面细节尺寸变量与任意截面梁的截面特性变量的解析灵敏度计算以及优化模块与分析模块的数据交流,并将ANSYS分析器与结构优化导重法有机集成,形成了一个通用高效的杆系结构优化软件.该文研究重点解决了利用ANSYS作为分析器求解杆系结构解析灵敏度的难点,实现了杆系结构构件尺寸的动力、静力、刚度、强度优化.通过对几种不同截面形状的梁结构进行多约束最小重量优化设计计算,结果表明该软件研制正确、可行,充分了发挥ANSYS与导重法两者的长处,具有优化效率高、效果好、实用性强的优点.该文采用了变量与函数归一化、同类性态函数包络化等处理方法,减少了优化约束的数目,大大提高了计算效率.

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章绪论

1.1引言

1.2结构优化的特点及其研究意义

1.3结构优化方法的发展与现状

1.4优化软件的发展历程与展望

1.5本文的工作

1.5.1问题的提出

1.5.2本文的任务

第二章结构优化导重法和数学模型处理

2.1结构优化设计的数学模型

2.2导重法介绍

2.2.1单性态约束情况的导重法

2.2.2导重的意义与迭代控制

2.2.3多性态约束情况的导重法

2.3.4库恩-塔克乘子的求法

2.3.5步长因子法

3.3数学模型处理

3.3.1设计变量的归一化

2.3.2应力的包络函数-特征应力

2.3.3位移的包络函数-特征位移

2.3.4优化迭代表达式

第三章梁结构敏度分析

3.1典型截面梁的优化

3.1.1典型截面梁的优化模型

3.1.2梁敏度分析

3.1.3典型截面梁的截面细节变量敏度计算

3.2型材梁的优化

3.2.1型材梁的截面积变量

3.2.2位移敏度的计算

3.3任意截面梁的优化

3.3.1任意截面梁的截面特性变量

3.3.2位移敏度的计算

第四章ANSYS对梁单元的处理及其数据文件

4.1 ANSYS对不同截面形状梁单元的处理

4.1.1 ANSYS概述

4.1.2 ANSYS的二次开发工具

4.1.3 不同截面梁单元的生成方法

4.2 ANSYS的数据文件格式

4.2.1 ANSYS数据文件介绍

4.2.2 ANSYS具体数据文件形式

4.3 ANSYS接口程序分析

4.4 ANSYS提供的用户程序

第五章以ANSYS为分析器的结构优化软件SOGA的发展

5.1 原SOGA软件的问题

5.1.1问题的提出

5.1.2解决问题的方案

5.2软件的总体设计

5.3各模块的功能分析

5.3.1前处理模块

5.2.1结构分析模块

5.2.3敏度分析模块

5.2.4优化迭代模块

5.2.6后处理模块

5.3 与ANSYS的集成

5.4程序结构

5.6软件的使用指南

第六章算例

6.1 10个圆截面梁单元平面刚架

6.2盒式截面二梁元刚架

6.3工字截面二梁元刚架

6.4矩形截面三梁元刚架

6.5 10杆平面杆梁组合结构

第七章结论与后续工作

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录