基于ANSYS的框架包装箱优化设计-论文.pdf

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1、生产与应用林产工业PRoDUCT10N&APPLICATIoNCHDAF0RESTPRoDUCTS基于ANSYS的框架包装箱优化设计术黄先宝王泉中蒋身学AnalysisoftheOptimizationDesignofFramedBoxBasedonANSYSHUANGXian-baoWANGQuan——zhongJIANGShen——xue(NanjingForestryUniversity，Nanjing210037，China)中图分类号：TB482．2文献标识码：B文章编号：1001—5299(2

2、014)03—0046—03随着机电行业的飞速发展，包装、运输、物流等行在包装箱底板受力分析时，仍然将包装物视为对业需要大量的木质包装箱。目前，大多企业中实际使用枕木施加的均布载荷。对于底座上的枕木，其力学模型的木质包装箱的强度设计过高，包装箱构件材料选取简化为简支梁，梁承载均布载荷q。梁的尺寸来自于某不当而造成包装过剩的现象很普遍。因此，将计算机实际应用的汽轮机包装箱实际结构尺寸。辅助设计引入包装行业，从而来优化包装箱结构，进一步达到优化成本的目的，是大有益处的。对于机电产品包装箱，承载载荷的主要为底座

3、的h纵梁和枕木，因此纵梁和底座成为包装箱结构中最重b要的组成构件。但是实际使用中，侧面立柱及支撑等往往需要固定在纵梁上，因此纵梁的截面尺寸可优化的图1底座枕木的力学模型空间很有限。因此，笔者将着重对底座的枕木进行优化1)松木的材料特性为：设计方面的探讨。纵向弹性模量：EL=9171MPa；径向弹性模量：Ex=460．4MPa；弦向弹性模量：Ez=831．6MPa。1优化设计泊松比：／~LT：0．558；／Ztz=0．472；／~rz=O．337。优化设计是一种寻找或确定最优设计方案的技剪切模量：GLT=5

4、21．7MPa；GLR=666．7MPa；术。所谓“最优设计”，指的是一种方案可以满足所有的GzI=44-48MPa。设计要求，而且所需的支出(如质量、面积、体积、应力、2)包装箱设定载重为1t，其中包装箱底板面积：费用等)最小。也就是说，最优设计方案是一个最有效A=970×120X10×9=1．0476m。的方案。在ANSYS的优化设计中包括的基本定义有：所施加均布载荷为：q=lX10。X9．8／1．0476=9．3547X设计变量、状态变量、目标函数、合理和不合理的设计、10。Pa。分析文件、迭代、循

5、环、设计序列等[51。3)对底座上枕木结构进行优化设计。对于木质包装箱结构，其枕木截面一般为矩形。笔者将对枕木的截2问题描述面尺寸b、h进行设计，使其总体积最小。其中根据实际笔者研究的包装箱底座上的枕木构件结构如图1需要，设定枕木的最大挠度值fd．~x=10mm，即要求枕木所示。材料选用松木，对于其他框架木质包装箱所用的挠度f≤10mm；b、h的尺寸假设作如下要求：0

6、大型机电产品包装箱用竹木复合材料研究与开发)设计变量，状态变量为枕木的弯曲变形量，目标函黄先宝，硕士研究生，南京林业大学数为枕木的最小体积。综上所述，该问题的优化数学王泉中(通讯作者)，单位同第一作者，E-mail：wqz@njfn．corn．ca模型为：收稿日期：2013—07—26—46一林产T业2014年第41卷第3期生产与应用林产工业PR0DUCT10N&APPLICATIONCHINAF0RESTPR0DUCTSINDUSTRYMin．Fr)(1=[】=_6，h】s．￡．0mm<~b≤300mm

7、0mm≤h≤60mmOmm≤≤10ram3优化分析计算及结果笔者根据枕木结构形式，选用复合材料结构常用的Beam4单元进行计算。Beam4是一种可用于承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元。这种单元在每个节点上图3底座枕木体积变化曲线有6个自由度：x,y、z3个方向的线性位移和绕x,y、z3个轴的角位移。可用于计算应力硬化及大变形的问题。优化方法选择精度较高的一阶优化方法(Firstorder)，该方法在优化过程当中使用了状态变量和目标函数对设计变量的偏导数，并使用梯度计算来确定搜索方向；设置最大迭代次数为30

8、。1)目标函数：选择枕木的总体积VTOT作为结构优化的目标函数。2)状态变量：提取梁结构在】，方向的最大变形UYMAX，即梁的跨中变形量作为状态变量。—3)设计变量：设定枕木截面宽度B和高度日为设图4底座枕木截面基本尺寸曰、H变化曲线计变量。4)对枕木有限元模型进行加载求解，其位移云图见图2。优化方案的方案初值及最优结果见表1。图3和图4为枕木体积和截面基本尺寸B、H随着迭代过程的变化曲线。NODALSoLUTIONVNSYS