基于ansys软件的简支梁优化设计

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1、基于Ansys软件的简支梁优化设计在实际工程中，经常需要对结构构件进行截面优化充分利用材料并节省造价。ANSYS软件提供了一些常用的结构优化功能，本算例将以一个受均布荷载的平面悬臂梁为例，介绍实用ANSYS软件对构件进行优化。一问题描述承受均布载荷作用的钢制简支梁如图21-1所示，均布载荷p=5000N/m，跨度L=1m。试确定该梁的高度h和宽度b，要求梁的高度h不超过100mm、宽度b不低于50mm、挠度不超过0.2mm时，使得梁的质量最小。图1简支梁二操作步骤1建立有限元模型(1)定义初始参量

2、在ansys窗口顶部菜单选择Parameters>ScalarParameters命令，输入如图2所示控制数：图2H=0.06!简支梁截面高度B=0.06!简支梁截面宽度L=l!简支梁长度P=5e3!作用在悬臂梁上的局部荷载(2)选择单元类型拾取菜单MainMenu—Preprocessor—ElementType—Add/Edit/Delete。在弹出的对话框中单击“Add”按钮；在弹出的对话框左侧列表中选“StructuralBeam”，在右侧列表中选“2Delastic3”，单击“OK”按钮

3、；即选择BEAM3单元，Beam3单元是一种可承受拉、压、弯作用的单轴单元。单元的每个节点有三个自由度，即沿x,y方向的线位移及绕Z轴的角位移。(3)定义实常数拾取菜单MainMenu—Preprocessor—RealConstants—Add/Edit/Delete。在弹出的对话框中单击“Add”按钮，在弹出对话框的列表中选择“Type1BEAM3”，单击“OK”按钮，各实常数值如下图3所示。图3其中AREA为横截面面积，IZZ为截面惯性矩，HEIGHT为截面高。(4)定义材料特性拾取菜单Ma

4、inMenu—Preprocessor—MaterialProps—MaterialModels。各值设置如下图4所示。图4(5)创建关键点拾取菜单MainMenu—Preprocessor—Modeling—Create—Keypoints—InActiveCS。弹出对话框，在“NPT”文本框中输入1,在“X，Y，Z”文本框中分别输入0,0,0,单击“Apply”按钮；在“NPT”文本框中输入2,在“X，Y，Z”文本框中分别输入L，0，0,单击“OK”按钮。(6)显示关键点号拾取菜单Utilit

5、yMenu—PlotCtrls—Numbering。在弹出的对话框中，将关键点号打开，单击“OK”按钮。(7)创建直线拾取菜单MainMenu一Preprocessor—Modeling—Create—Lines—Lines—StraightLine。弹出拾取窗口，拾取关键点1和2,单击“OK”按钮。(8)划分单元拾取菜单MainMenu—Preprocessor—Meshing—MeshTool。弹“MeshTool”对话框，单击其“SizeControls”区域中“Lines”后面的“Set”

6、按钮，弹出拾取窗口，拾取直线，单击“OK”按钮，弹出对话框，在“NDIV”文本框中输入50,单击“OK”按钮；单击“Mesh”区域中的“Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取直线，单击“OK”。单元划分的结果如下图5所示。图5(9)施加位移载荷拾取菜单MainMenu—Solution—DefineLoads—Apply—Structural—Displacement—OnKeypoints。弹出拾取窗口，拾取关键点1和2,单击“OK”按钮，弹出如下图6所示的对话框，在列表中选择“UX”和“UY”，单

7、击“OK”按钮。图6(10)施加压力载荷拾取菜单MainMenu—Solution—DefineLoads—Apply—Structural—Pressure—OnBeans。弹出拾取窗口，单击“PickAll”按钮，弹出对话框，在“LKEY”文本框中输入1，在“VALI”文本框中输入5000,单击“OK”按钮。结果如下图7所示。图7(11)求解拾取菜单MainMenu—Solution—Solve—CurrentLS。单击“SolveCurrentLoadStep，对话框中的“OK”按钮。出现“

8、Solutionisdone!”提示时，求解结束。如下图8所示。图8(12)定义单元表拾取菜单MainMenu—GeneralPostproc—ElementTable—DefineTable。弹出“ElementTableData”对话框，单击“Add”按钮，弹出对话框，在“Lab”文本框中输入E_VOLU,在“Item”列表中选择“Geometry”，在“Comp”列表中选择“ElemvolumeVOLU”，单击“OK”按钮。如下图9所示。图9(13)计算单元总体积拾取菜单Ma