基于ANSYS分析的悬臂梁结构优化设计

《机电技术》2006年第4期 计算机技术应用

图4～7 分别示出了目标函数(体积) 、梁内最大节点等效应力、梁内最大的竖向变形、梁的厚度的变化规律,从图4～7可以一目了然地看出各优化参数在整个优化过程中的变化情况,这是难以通过计算机编程的优化设计所能实现的,这也是用ANSYS 分析软件进行优化设计的一个重要原因。

表1 优化参数的变化情况

循环 梁内最大节点等 梁内最大的竖 梁的厚度 梁的厚度 梁的厚度 梁的厚度 梁的体积 次数 效应力（N/cm2） 向变形(cm) TK16(cm) TK27(cm) TK38(cm) TK49(cm) TVOL(cm3)

1 29560. 0.49699 0.17624 0.19439 0.20998 0.17396 3.7145 2 24293. 0.30109 0.25537 0.21229 0.21435 0.26201 4.5193 3 24625. 0.34019 0.26864 0.20500 0.19565 0.24929 4.3441 4 23907. 0.26870 0.22994 0.25488 0.19412 0.25895 4.6257 5 >32048. > 0.52092 0.16795 0.20102 0.20792 0.15690 3.6275 6 23914. 0.29812 0.26584 0.21066 0.21339 0.26988 4.5723 7 28125. > 0.61697 0.15553 0.19085 0.16572 0.17808 3.4930 8 >31027. > 0.55962 0.18097 0.17907 0.21700 0.16555 3.6095 9 29533. > 0.60596 0.18082 0.19272 0.16441 0.15805 3.4245 *10* 29631. 0.49903 0.17669 0.19372 0.21064 0.17331 3.7101

效应力（N/cm）

2

循环次数

梁的厚度TK16、TK27、TK38、TK49(cm)

梁内最大节点等效应力（N/cm）

梁的体积(cm)

3

2

循环次数

图4 目标函数的变化规律曲线 图5 梁内最大节点等效应力变化规律曲线

梁内最大的竖向变形(cm)

图6 梁内最大的竖向变形变化规律曲线 图7 梁的厚度变化规律曲线

（2）由于ANSYS 分析法解决优化问题时可以4 结论

避免烦杂的计算和计算机编程而得到最优解，且计（1）本文采用ANSYS 分析法对悬臂梁结构在

算误差完全可以满足工程要求，所以可广泛应用于满足变形及应力约束条件下进行体积最小的优化

各工程优化设计领域。设计,得出了梁沿长度方向的最合理的形状尺寸,

节省了大量工程材料。

循环次数

循环次数

参考文献:

[1] 孙靖民. 机械优化设计[M]. 北京:机械工业出版社,2004.

[2] 李黎明. ANSYS有限元分析实用教程[M]. 北京:清华大学出版社,2005. [3] 范 齐,樊俊才.实用有限元法[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1993.

[4] 叶友东,王雅. 基于ANSYS分析的三杆桁架优化设计[J].煤矿机电，2004,（5）：113-120

第一作者简介：曾寿金（1978年～），男，助教，福州大学在读硕士研究生，研究方向：先进制造技术。

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