基于IS IG HT的机械零件结构优化设计方法

摘要

随着工业化的不断发展,机械结构优化问题已经被人们广泛的关注。目前国内外对机械结构优化由简单产品向复杂系统进军,通过结构优化降低生产成本,提高经济效益。本文应用UG建模软件和ANSYS分析软件在ISIGHT软件上搭建优化平台,以脚轮支架为例,分别对其进行结构静力学分析优化和结构静、动力学综合分析优化,并对优化结果进行分析比较。
　　本文首先介绍结构优化国内外研究现状,总结未来结构优化的发展趋势。紧接着介绍基于CAD/CAE技术融入结构优化设计理论研究,随着CAD/CAE技术得到广泛的应用,将其融于结构优化势在必行。
　　其次,文章对ISIGHT软件做简单的概述,介绍其优化工作原理。针对性的介绍ISIGHT软件集成建模软件UG和分析软件ANSYS的关键技术。运用UG软件建立脚轮支架模型且将其参数化处理并解析到ISIGHT软件中,又对UG软件应用VC++对其外部二次开发,编制UGupdate.exe模型更新程序,保证每次循环优化后产品模型更新。通过ANSYS提供的专用数据接口,将脚轮支架模型参数数据导入ANSYS环境中,建立了脚轮支架的有限元模型。用ANSYS软件分别对脚轮支架做静力学分析,从而得出脚轮支架的静应力和静应变结果,确定了导致脚轮支架静态特性变差的薄弱部位。然后对脚轮支架进行了有限元模态分析,从而得到了脚轮支架的前五阶固有频率和振型。通过静态分析和模态分析得出了静态和动态参数,且提取命令流文件和分析数据结果,将他们分别作为ISIGHT软件的输入和输出文件。
　　再次,论文介绍了ISIGHT中的优化算法,主要介绍了算法的使用场合和特点,采用 ISIGHT自带的序列二次规划优化算法对脚轮支架进行结构静力学分析优化和结构静、动力学综合分析优化,并得出优化结果。
　　最后文章对优化结果分析,在结构静力学分析优化中得出脚轮支架在满足使用条件下优化后体积减少11.61％。在结构静、动力学综合分析优化中采用静态分析和模态分析两种形式,对其优化得出脚轮支架满足使用的条件下优化后在体积减少12.04%,通过对脚轮支架优化结果分析得出虽然静力学分析优化和静、动力学综合分析优化都满足设计要求,但是静、动力学综合分析优化考虑的因素比较多(静力学和动力学),优化后各个方面的总体性能也比静力学分析优化效果好,可以说是达到最佳效果。
　　总之,通过应用ISIGHT优化平台对脚轮支架进行结构静力学分析优化和结构静、动力学综合分析优化,并且建立结构静力学分析优化框架和结构静、动力学综合分析优化框架,为以后结构优化设计奠定理论基础和方法。

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第一章 绪论

1. 1 课题的选题背景与意义

1. 2选题来源

1. 3 国内外结构优化研究现状

1. 4未来结构优化发展趋势

1. 5本文的研究目标及内容

1. 6本章小结

第二章 基于CAD/C AE技术融入结构优化设计理论研究

2.1 基于CAD/CAE技术融于结构优化设计技术主要成因

2.2 基于CAD/CAE技术的结构设计优化系统框架

2. 3 本章小结

第三章 ISIGHT集成CAD/CAE的关键技术

3.1 ISIGHT总体概述

3.2 ISIGHT工作原理

3.3 ISIGHT集成建模软件的UG关键技术

3. 4 后台驱动UG软件更新程序编制

3.5 ISIGHT集成分析软件ANSYS的关键技术

3. 6 本章小结

第四章 ISIGHT优化算法介绍以及应用场合

4. 1试验设计

4. 2质量工程

4. 3近似建模

4. 4优化算法

4. 5 本章小结

第五章 结构静力学分析优化研究

5. 1 静力学分析设计优化概述

5. 2 结构静力学分析优化的一般数学模型

5.3 基于ISIGHT结构静力学分析优化技术研究

5. 4 访问ANS YS数据库数据及提取分析结果

5.5 APDL参数化设计语言

5.6 ISIGHT集成UG/ANSYS总体设计框架

5.7 ISIGHT集成UG与ANSYS分析过程

5. 8优化后结果分析

5. 9本章小结

第六章 结构静、动力学综合分析优化研究

6. 1 机械结构静、动力学综合分析概念及联系

6. 2 机械结构静、动力学综合分析研究意义

6. 3 动力学分析中的模态分析法

6.4 基于ISIGHT结构静、动力学综合分析优化技术研究

6.5 ISIGHT集成UG/ANSYS仿真流程

6.6 ISIGHT优化后结果分析

6. 7 脚轮支架结构静态和静、动力学综合优化结果比较

6. 8本章小结

第七章 总结与展望

7. 1 总结

7. 2 展望

参考文献

附录

致谢