基于ansys鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1、基于ANSYS鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)　　摘要：在土木建筑大興發(fā)展的今天，鋼結(jié)構(gòu)的使用使得建筑獨(dú)具一格，但是鋼材的造價(jià)較高，通過ANSYS我們可以對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行截面的優(yōu)化，建立了預(yù)設(shè)的構(gòu)件尺寸，通過MicrosoftExcel工作表改變截面的尺寸，建立ANSYS網(wǎng)格模型。并以現(xiàn)有的構(gòu)件截面尺寸試驗(yàn)數(shù)據(jù)為樣本，通過對構(gòu)件施加不同的約束形式（點(diǎn)約束、線約束、面約束），用ANSYS模型計(jì)算出該構(gòu)件的應(yīng)力值。對不同的約束形式實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際計(jì)算值進(jìn)行了分析對比，結(jié)果表明，模擬值與計(jì)算值吻合良好，精度較高。該方法可作為實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種輔助手段對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)

2、件進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件；ANSYS；應(yīng)力；網(wǎng)格劃分；優(yōu)化設(shè)計(jì)中圖分類號：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1、引言8鋼材是現(xiàn)代最為廣泛的建筑材料之一，各種不同型鋼的出現(xiàn)更使得鋼結(jié)構(gòu)在工程中得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，剛結(jié)構(gòu)和其他結(jié)構(gòu)相比具有：鋼材的強(qiáng)度高，塑性、韌性好，材質(zhì)均勻，工作可靠性高，良好的可焊性等等優(yōu)點(diǎn)。在土木工程中，鋼結(jié)構(gòu)有著廣泛的應(yīng)用。隨著鐵礦資源的不斷開采與發(fā)展使鋼結(jié)構(gòu)的資源受到更到的重視，對鐵礦的充分利用是一個(gè)比較重要的問題，在滿足構(gòu)件安全承載的情況下對截面的優(yōu)化成為一個(gè)熱門問題。ANSYS程序建立了交互式菜單

3、系統(tǒng)，極大地簡化了分析過程的操作性，使設(shè)計(jì)分析更加直觀和可視化，程序不僅僅是求解器，同時(shí)提供前后處理器，對模型的創(chuàng)建和結(jié)果的處理更加方便，使得優(yōu)化更加精確。此外，ANSYS軟件本身所擁有的大量單元形式，可以很方便的讓使用者建立各個(gè)構(gòu)件之間的共同工作模型，因此在很多實(shí)際問題中都取得了成功應(yīng)用，在此文中使用ANSYS解決截面的優(yōu)化過程。2、ANSYS單元類型特點(diǎn)2.1單元類型的選擇，跟你要解決的問題本身密切相關(guān)。在選擇單元類型前，首先你要對問題本身有非常明確的認(rèn)識，然后，對于每一種單元類型，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有多少個(gè)自由度，它包含哪些特性，能夠在哪些條

4、件下使用，在ANSYS的幫助文檔中都有非常詳細(xì)的描述，要結(jié)合自己的問題，對照幫助文檔里面的單元描述來選擇恰當(dāng)?shù)膯卧愋?。我采用的是?shí)體單元。2.1實(shí)體單元的選擇實(shí)體單元類型也比較多，實(shí)體單元也是實(shí)際工程中使用最多的單元類型。常用的實(shí)體單元類型有solid45,8solid92,solid185,solid187這幾種。其中把solid45,solid185可以歸為第一類，他們都是六面體單元，都可以退化為四面體和棱柱體，單元的主要功能基本相同,(SOLID185還可以用于不可壓縮超彈性材料)。Solid92,solid187可以歸為第二類，

5、他們都是帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元，單元的主要功能基本相同。如果所分析的結(jié)構(gòu)比較簡單，可以很方便的全部劃分為六面體單元，或者絕大部分是六面體，只含有少量四面體和棱柱體，此時(shí)，應(yīng)該選用第一類單元，也就是選用六面體單元；如果所分析的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，難以劃分出六面體，應(yīng)該選用第二類單元，也就是帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元。如果單元類型選取不當(dāng)，在劃分網(wǎng)格的時(shí)候，由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，六面體劃分不出來，單元全部被劃分成了四面體，也就是退化的六面體單元，這種情況，計(jì)算出來的結(jié)果的精度是非常糟糕的，有時(shí)候即使你把單元?jiǎng)澐值暮芗?xì)，計(jì)算精度也很差，這種情況是絕對要避免的

6、。對于實(shí)體單元，總結(jié)起來就一句話：復(fù)雜的結(jié)構(gòu)用帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體，優(yōu)選solid187，簡單的結(jié)構(gòu)用六面體單元，優(yōu)選solid185。實(shí)驗(yàn)中選取solid185.3、ANSYS模型的建立及求解處理ANSYS可以提供將近200單元類型，可以研究：結(jié)構(gòu)（靜力和動力）流體、熱場、電場和磁場、耦合場等問題。對于構(gòu)件的優(yōu)化問題可以選用靜力結(jié)構(gòu)問題分析來完成。3.1定義單元的類型及單元實(shí)常數(shù)：MainMenu>Prepeocessor>ElmentType;在這里可以添加和選取各種單元。83.2定義材料類型：MainMenu>Prepeocessor

7、>MaterialProp>MaterialModel；在這里設(shè)定鋼材的彈性模量，泊松比，密度等。本次實(shí)驗(yàn)中就對吊車梁構(gòu)件進(jìn)行研究，故采用的是相同的單元屬性和材料屬性，如果對較為復(fù)雜的構(gòu)件或者由多個(gè)構(gòu)件所組成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型建立時(shí)可能需要對不同的受力構(gòu)件以及不同受力特征的構(gòu)件，這時(shí)需要建立不同的單元類型和材料屬性，并用相關(guān)的作業(yè)名稱表示以作區(qū)別和試驗(yàn)時(shí)的調(diào)用。3.3創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)、線、面、體；MainMenu>Prepeocessor>Modeling>Create>KeypointS>InActiveCS/Lines>StraightLine

8、/其中線、面、體都可以根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)建立起來。在此過程中應(yīng)該注意對于不同的構(gòu)件要調(diào)用與之對應(yīng)的作業(yè)構(gòu)件屬性。3.4單元的網(wǎng)格劃分；MainMenu>Prepeocessor>Meshing>Mes