ansys軟件在壓力容器結構優(yōu)化設計中的應用

《ansys軟件在壓力容器結構優(yōu)化設計中的應用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在工程資料-天天文庫。

1、第23卷第3期湖北工業(yè)大學學報2008年06月Vol.23No.3JournalofHubeiUniversityofTechnologyJun.2008[文章編號]1003-4684(2008)0320064203ANSYS軟件在壓力容器結構優(yōu)化設計中的應用周金枝,李小飛(湖北工業(yè)大學機械工程學院,湖北武漢430068)[摘要]介紹了ANSYS參數(shù)化設計語言APDL以及ANSYS的優(yōu)化設計過程,結合APDL編程技術和ANSYS的優(yōu)化設計模塊對一個壓力容器的結構進行了優(yōu)化設計,得到滿意的結果,這表明基于有限元分析的ANS

2、YS程序優(yōu)化技術是進行壓力容器的結構設計、提高設計精度和效率的有效手段.[關鍵詞]優(yōu)化設計;有限元分析;ANSYS軟件;壓力容器[中圖分類號]TH311,TP391.72[文獻標識碼]:A優(yōu)化設計是最優(yōu)化技術和計算機計算技術在設其中,F(X)稱為目標函數(shù)(OBJ),是表示設計特征計領域應用的結果.優(yōu)化設計為工程設計提供了一的獨立變量,它是設計要求函數(shù),常包括重量、尺寸、種重要的科學設計方法,在解決復雜設計問題時,它形狀、支撐位置、材料費用等性能準則.能從眾多的設計方案中找到盡可能完善的或最適宜約束條件gi(X)、hj(X

3、)為狀態(tài)變量(SV),是根的設計方案.在設計過程中,常常需要根據(jù)產(chǎn)品設計據(jù)用戶指定的準則來判斷設計模型的響應參數(shù)項,的要求,合理確定各種參數(shù),例如:重量、成本、性能、通常包括內力、彎矩、應力、位移等,只有符合狀態(tài)變承載能力、外廓尺寸等,以期達到最佳的設計目標.量要求的設計才是合理的設計.ANSYS軟件是容結構、熱、流體、電磁、聲學于X是由設計中需優(yōu)選的設計參數(shù)組成的向量稱一體的大型通用有限元分析軟件,其內嵌的參數(shù)化為設計變量(DV),通常包括幾何尺寸、材質、載荷位設計語言(APDL)用建立智能分析的手段為用戶提置、約束位

4、置等,每個設計變量都有上下限,應規(guī)定供了自動完成循環(huán)的功能,即程序的輸入可設定為設計變量的變化范圍.根據(jù)指定的函數(shù)、變量以及選出的分析標準作決定.這樣的功能擴展完全滿足優(yōu)化設計的要求,而且其2ANSYS優(yōu)化設計的基本過程強大的前處理建模、可視化界面也是其他優(yōu)化語言所無法比擬的.ANSYS優(yōu)化設計可以通過如下2種方法來實[2,3]現(xiàn).1優(yōu)化設計基本原理1)批處理方式.若用戶對于ANSYS命令相當熟悉,則可選擇用命令輸入整個優(yōu)化文件,并通過批優(yōu)化設計主要包含2部分內容:優(yōu)化設計問題處理方式優(yōu)化.該方法實用于復雜靈活且需要大量

5、的建模和優(yōu)化設計問題的求解.優(yōu)化設計的基本原機時的分析任務(如非線性).理是通過構建優(yōu)化模型,運用各種優(yōu)化方法,通過在2)GUI方式.GUI方式具有更大的靈活性,而滿足設計要求的條件下迭代計算,求得目標函數(shù)的且可以實時看到循環(huán)過程的結果.但使用GUI方式極值,得到最優(yōu)設計方案.優(yōu)化問題的數(shù)學模型可表時,首先要建立模型的分析文件,然后可交互式使用[1]示為:優(yōu)化處理器的功能以確定設計空間,便于后續(xù)優(yōu)化RNminF(X)(x1,x2,?,xn)∈R.處理.這些初期交互式的操作可以幫助用戶縮小設s.t.gi(X)≤0(i=1,

6、2,?,m),計空間的大小,使優(yōu)化過程得到更高的效率.hj(X)≤0(j=m+1,m+2,?,p).利用ANSYS進行結構優(yōu)化設計的程序文件應[收稿日期]2007-12-01[作者簡介]周金枝(1964-),女,湖北武漢人,湖北工業(yè)大學教授,研究方向:結構強度計算及仿真.?1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第23卷第3期周金枝等ANSYS軟件在壓力容器結構優(yōu)化設計中的應用6

7、5T包括指定分析文件、聲明優(yōu)化變量、選擇優(yōu)化方法Wt=minF(X)X=(x1,x2),(可采用零階方法或一階方法)和指定優(yōu)化循環(huán)控制16≤x1≤19,21≤x2≤25,方式等幾步.分析文件包括前處理、求解、后處理3σ≤[σ].個階段.1)前處理階段主要用來構建有限元模型,應其中F(X)表示容器的重量,X=(x1,x2]表示容器完成參數(shù)化設計變量,指定單元類型,設置單元實常的壁厚,σ表示優(yōu)化設計中結構的等效應力強度.根數(shù),設置材料屬性,生成實體模型并進行單元劃分.據(jù)設計的要求,沿壁厚的應力不能大于[σ].此步驟與普通有限

8、元分析的區(qū)別是必須采用根據(jù)問題性質來參數(shù)化有限元模型.2)在求解階段完成施加外力荷載、位移約束、定義分析類型及分析選項、指定荷載步并調用SOLVE函數(shù)求解有限元模型等工作.3)后處理階段提取計算結果并賦值給相應的參數(shù),提取數(shù)據(jù)通過(3GET)命令實現(xiàn).圖2壓力容器有限元模型3算例3.2優(yōu)化計算采用參數(shù)化方式建立有限元