有限元优化设计.docx
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1、一前言二有限元课程设计2.简化模型3.解析法求解4.创建节点5.施加均布载荷和约束7.结果分析三机械优化设计说明 2.二次插值法C语言程序四心得五参考文献前言随着科学技术的飞速发展,现代社会对生产与生活、物资与精神提出了更多更高的要求,这就需要设计人员学习和掌握现代科学设计理论和方法,开拓思路,提高现代设计能力,使所设计的产品具有先进性、可靠性、经济性、及时性。随着有限元分析商品化软件的普及,有限元分析已从过去的只有较少数专业人员掌握的理论和方法,变为大学生、研究生、科技工作者、工程技术设计人员广泛使用的通用分析工具,在各行各业中起着很大的作用。在有限元诸多软件中,ANSYS软件是融结构、流体
2、、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发,它能与多数CAD软件接口,实现数据的共享和交换,如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等, 是现代产品设计中的高级CAD工具之一。软件主要包括三个部分:前处理模块,分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,用户可以方便地构造有限元模型;分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相
3、互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力;后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型,用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本,可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上,如PC,SGI,HP,SUN,DEC,IBM,CRAY等。同时,近年来,优化设计亦是快速发展。在计算机辅助设计中,运用优化方法后,使得在设计过程中能不断选择设计参数并选出最优设计方案,又能加快设计速度,缩短设计周期。把优化设计同计算机辅助设计结
4、合起来,使设计过程完全自动化,已成为设计方法的一个发展趋势。 现代设计方法任务书学 院机械工程学院专 业机械设计制造及其自动化学生姓名耿旭班级学号0701013307训练报告题目技术参数、内容及要求:一、有限元课程训练1学习 CAE软件ANSYS,主要上机练习有 (1)连杆的静力学分析(2)桁架的有限元分析(3)梁与曲轴结构的内力计算(4)压力容器的静力学分析(5)机翼模型的模态分析(6)压杆稳定临界载荷计算(7)过盈配合与拔销耦合分析2由学生通过调研,在工厂、企业或科研单位进行工程实践的基础上,结合实际需要拟定的题目。二、优化课程 上机调试优化计算程序,并结合工程实际自找算例进行计算。主要上
5、机练习有:(1)二次插值法 (2)Powell法 (3)惩罚函数进度安排:一、有限元上机(20学时)第1次上机(4学时):学习ANSYS软件,作练习1、2;第2次上机(4学时):学习ANSYS软件,作练习3、4;第3次上机(4学时):学习ANSYS软件,作练习5、6;第4次上机(4学时):学习ANSYS软件,作练习7;第5次上机(4学时):自拟题目上机。二、优化设计上机(12学时)优化计算程序的调试及计算算例注:利用业余时间撰写课程设计说明书。指导教师(签字):2010年5月10日教研室主任(签字)2010年5月10日有限元课程设计一、问题阐述 材料力学(刘鸿文 第四版) P126外伸梁上均布
6、载荷的集中度为q=2kN/m,集中力偶矩Me=10kNm列出剪力方程和弯矩方程,并绘制剪力图和弯矩图。二、简化模型1、梁的参数:长度 l=8m; 宽度 b=1m 2、材料参数梁选择线性、弹性、各向同性的材料。它的弹性模量EI=2.07Gpa,泊松比选择 u=0.26。 3、梁的边界条件 在节点A处梁受X方向、Y方向的约束;节点B受Y方向的约束。 4、梁的载荷 CD之间作用着均布载荷q=2kN/m,在节点C处作用着集中力偶Me=10kNm。 经上述分析,此外伸梁可简化成一个二维单元,其中一端固支,一端外伸。另一个支撑点变化为一个绞支点,在梁的上部分布着均布载荷,中段有一个集中力偶,简化图如下:
7、图2-1 外伸梁简化图三、 解析法求解梁的CA、等三段内,剪力和弯矩都不能有同一个方程来表示,所以应分为三段考虑。对每一段都可以用同一个方法计算,列出剪力方程和弯矩方程,方程中以为单位,()以为单位,()以为单位。 由梁的平衡方程,求出支反力为 FRA=3kN,FRB=7kN, F=2kN 按照以前作剪力图和弯矩图的方法,应分段列出Fs和M 的方程式,然后依照方程式作图。 在支应力Fra的右侧梁截面上,剪力为3kN。界面A到C之间的载荷为均布载荷,剪力图为斜直线。算出截面C上的剪力为(3-24)kN=-5kN,即可确定这条斜直线。截面C和B之间梁上无载荷,剪力图为水平线。截面B上有一集中力Fr
8、b,从B左侧到B得右侧,剪力图发生突然变化,变化的数值即等于Frb。故Frb右侧截面上的剪力为(-5+7)kN=2kN。截面B和D之间无载荷,剪力图又为水平线。 截面A上的玩具Ma=0.从A到C梁上为均布载荷,弯矩图为抛物线。在这一段内,截面E上剪力等于零,弯矩为极值。E到右端的距离为1.5m,求出截面E上的极值为m 求出集中力偶矩Me左侧截面上的弯矩为Mc=-4kNm。由Ma,Me和Mc,便可联成A到C间的抛物线。截面C上有一集中力偶矩Me,从C到左侧到C得右侧,弯矩有一突然变化,变化的数值即等于Me。所以在Me的右侧截面上,Mc右=(-4+10)kNm=6kNm。截面C与B间梁上无载荷,弯
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