anasys椅子优化设计湖工大.docx
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anasys椅子优化设计湖工大
题目:
设计一个塑料凳子,尺寸自定,凳面承受均布载荷80kg,优化设计,使得凳子的厚度最小。
分析:
定义凳子的尺寸,凳面的尺寸为0.35*0.35m,凳子脚高度为0.46m,凳子脚宽度为0.07m,设凳子厚度为D。
查资料,塑料凳子材料为聚丙烯,其弹性模量为3E9Pa,泊松比为0.35,密度为1200kg/m^3。
1.选择单元类型与材料
从主菜单MainMenu中选择:
Preprocessor->MaterialProps->MaterialModel命令,打开DefineMaterialMaterialModeBehavior窗口,依次单击Structura1->Linear->Elastic->Isotropic,展开材料属性的树形结构,将打开1号材料的弹性模量EX和泊松比PRXY的定义对话框,在对话框EX文本框中输入弹性模量3X10^9Pa,在PRXY的文本框中输入泊松比0.35,如图所示
2.设置变量
在ansys窗口顶部菜单选择Parameters>ScalarParameters命令,输入如图所示控制数:
3.创建凳子几何模型
建立块
创建关键点
[MainMenu]Preprocessor|Modeling|Create|Keypoints|InActiveCS
1
0.175
0.175
0.46
2
0.175
0.105
0.46
3
0.175-D
0.105
0.46
4
0.175-D
0.175-D
0.46
5
0.105
0.175-D
0.46
6
0.105
0.175
0.46
创建直线
[MainMenu]Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Lines|StraightLine
依次连接6个点
创建面
[MainMenu]Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Arbitrary|ByLines
依次选择6条线
创建体
[MainMenu]Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|alongnormal
选择已创建平面,点击OK
对称镜像创建体
[MainMenu]Prerocessor|Modeling|Reflect|Volumes
建立凳子4条腿
布尔运算,粘合
[MainMenu]Preprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Glue|Volumes
PickAll,点击OK,完成凳子粘合连接。
4.划分网格
在主菜单MainMenu中选择Preprocessor->Meshing->MeshTool命令,打开MeshTool。
MeshTool窗口上方选择Volumes
选择Hex和Sweep,PickAll,点击OK
5.设置分析类型
拾取菜单MainMenu→Solution→NewAnalysis。
弹出如图所示的对话框,选择“TypeofAnalysis”为“Modal”,单击“OK”按钮。
6.添加载荷及求解
添加约束
凳子4个脚底面添加位移为0的约束
拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnAreas。
弹出拾取窗口,拾取4个脚底面,单击OK按钮,弹出图所示的对话框,在列表中选择“ALLDOF”,单击“OK”按钮;完成施加约束。
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“VALUE”文本框中输入800单击“OK”按钮。
求解
拾取菜单 MainMenu—Solution—Solve—CurrentLS。
单击 “SolveCurrentLoadStep,对话框中的“OK”按钮。
出现“Solutionisdone!
”提示时,求解结束。
如下图所示。
7.提取优化设计参数
定义单元表,设置标签E_VOLU。
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。
如下图所示。
计算单元总体积
拾取菜单 MainMenu—GeneralPostproc—ElementTable—SumofEachItem。
弹出 “TabularSumofEachElementTableItem”对话框,单击“OK”按钮,计算体积总和。
“SSUMcommand"窗口显示总体积。
如图所示。
拾取菜单 MainMenu—GeneralPostproc—ElementTable—SumofEachItem。
弹出 “TabularSumofEachElementTableItem”对话框,单击“OK”按钮,计算体积总和。
“SSUMcommand"窗口显示总体积为0.360000E-2。
如图10所示。
提取单元总体积,设置参数名为V_TOT。
拾取菜单 UtilityMenu—Parameters—GetScalarData。
弹出如下图11所示的对话框, 在左侧列表中选择“Resultsdata”,在右侧列表中选择“Elemtablesums ”,单击“OK”按 钮;弹出对话框,在“Name”文本框中输入V_TOT,单击“OK”按钮。
提取X,Y,Z方向最大变形量。
并将其参数名分别设置为UX_MIN,UY_MIN,UZ_MIN。
获取最大变形量
拾取菜单 UtilityMenu—Parameters—ScalarParameters。
弹出下图14如图所示的对话框, 在“Selection”文本框中输入UX_MAX=ABS(UX_MIN),单击“Accept”按钮,再单击“Close”按钮。
输入:
UX_MAX_DISP=ABS(UX_MIN)UY_MAX_DISP=ABS(UY_MIN)与UZ_MAX_DISP=ABS(UZ_MIN)
生成分析文件
点击File->WriteDBlogfile,将文件命名为EXAMPLE1.lgw。
8.优化分析
进入优化处理器并指定分析文件
拾取菜单 MainMenu—DesignOpt—AnalysisFile—Assign。
弹出如图所示的对话框,在“OPANL”文本框中输入EXAMPLE1.lgw,或者单“Browse”按钮在文件列表中选择分析文件EXAMPLE21.lgw,单击“OK”按钮。
合理选择设计变量的最小值、最大值和公差,对减少计算容量、得到最优解有十分重要的影响。
以下是在ansys13.0中完成
定义状态变量
拾取菜单 MainMenu—DesignOpt—StateVariables。
弹出 “StateVariables” 对话框, 单击“Add”按钮,弹出如图17所示的对话框,在“NAME”列表中选择“UY—MAX”, 在“MIN”文本框中输入0,在“MAX”文本框中输入2e-4,在“TOLER”文本框中输入 le-5,单
击“OK”按钮。
关闭“StateVariables”
指定总体积为目标函数
拾取菜单MainMenu—DesignOpt—Objective。
弹出如下图20所示的对话框,在“NAME”列表中选择“V_TOT”,在“T0LER”文本框中输入le-5,单击“OK”按钮。
存储优化数据库
拾取菜单 MainMenu—DesignOpt—OptDatabase—Save。
弹出如下图 21所示的对话 框,在“Filename”文本框中输入EXAMPLE1.0PT,单击“OK”按钮。
指定优化方法
拾取菜单MainMenu—DesignOpt—Method/Tool。
在弹出的对话框中,选择优化方法 为“First-Order”,单击“OK”按钮。
接着弹出如下图22所示的对话框,在“NITR”文 本框中输入30,单击“OK”按钮。
运行优化程序
拾取菜单 MainMenu—DesignOpt—Run。
单击弹出的“BeginExecutionofRun” 对话框中的“OK”按钮,开始优化运算。
列表显示得到的所有设计方案
拾取菜单 MainMenu—DesignOpt—DesignSets—List。
在弹出的“ListDesignSets”对话框中选择“AllSets”,单击“OK”按钮。
部分结果如下图所示。
图标显示优化结果
9.结果分析
由以上结果可知,符合设计要求的最小厚度为0.654E-2m,即0.065mm。
所以在以上约束下,6.5mm为最小厚度。
log文件
/BATCH
!
/COM,ANSYSRELEASE13.0UP2010101209:
48:
0606/20/2018
!
/REPLOT,RESIZE
WPSTYLE,,,,,,,,0
/PREP7
!
*
ET,1,SOLID185
!
*
!
*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,3e9
MPDATA,PRXY,1,,0.35
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,1200
*SET,D,0.015
BLOCK,0.175,-0.175,0.175,-0.175,0,-D,
BLOCK,0.175,-0.175,0.175,-0.175,0,-D,
K,,0.175,0.175,0.46,
K,,0.175,0.105,0.46,
K,,0.175-D,0.105,0.46,
K,,0.175-D,0.175-D,0.46,
K,,0.105,0.175-D,0.46,
K,,0.105,0.175,0.46,
!
/REP,FAST
LSTR,17,18
LSTR,18,19
LSTR,19,20
LSTR,20,21
LSTR,21,22
LSTR,22,17
FLST,2,6,4
FITEM,2,27
FITEM,2,25
FITEM,2,26
FITEM,2,30
FITEM,2,28
FITEM,2,29
AL,P51X
VOFFST,13,0.46,,
FLST,3,1,6,ORDE,1
FITEM,3,3
VSYMM,X,P51X,,,,0,0
FLST,3,2,6,ORDE,2
FITEM,3,3
FITEM,3,-4
VSYMM,Y,P51X,,,,0,0
FLST,2,2,6,ORDE,2
FITEM,2,2
FITEM,2,-3
VGLUE,P51X
FLST,2,2,6,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,4
VGLUE,P51X
FLST,2,2,6,ORDE,2
FITEM,2,5
FITEM,2,7
VGLUE,P51X
FLST,2,2,6,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,6
VGLUE,P51X
FINISH
/SOL
FINISH
/PREP7
ESIZE,0.008,0,
MSHKEY,0
MSHAPE,1,3d
CM,_Y,VOLU
VSEL,,,,5
CM,_Y1,VOLU
CHKMSH,'VOLU'
CMSEL,S,_Y
!
*
VMESH,_Y1
!
*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
CM,_Y,VOLU
VSEL,,,,5
CM,_Y1,VOLU
CHKMSH,'VOLU'
CMSEL,S,_Y
!
*
!
*
VCLEAR,_Y1
VSWEEP,_Y1
!
*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
FLST,5,4,6,ORDE,3
FITEM,5,2
FITEM,5,-4
FITEM,5,8
CM,_Y,VOLU
VSEL,,,,P51X
CM,_Y1,VOLU
CHKMSH,'VOLU'
CMSEL,S,_Y
!
*
VSWEEP,_Y1
!
*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!
*
FINISH
FLST,2,4,5,ORDE,4
FITEM,2,13
FITEM,2,21
FITEM,2,29
FITEM,2,37
!
*
/GO
DA,P51X,ALL,
FLST,2,1,5,ORDE,1
FITEM,2,1
/GO
!
*
SFA,P51X,1,PRES,6530
!
/STATUS,SOLU
SOLVE
FINISH
/POST1
!
*
!
/EFACET,1
!
PLNSOL,S,EQV,0,1.0
AVPRIN,0,,
ETABLE,E_VOLU,VOLU,
!
*
SSUM
!
*
*GET,V_TOT,SSUM,,ITEM,E_VOLU
!
*
NSORT,U,X
*GET,UX_MIN,SORT,,MIN
!
*
!
*
NSORT,U,Y
*GET,UX_MIN,SORT,,MIN
!
*
!
*
NSORT,U,Z
*GET,UZ_MIN,SORT,,MIN
!
*
*SET,UY_MAX_DISP,ABS(UY_MIN_DISP)
*SET,UY_MAX,ABS(UY_MIN)
*SET,UX_MAX,ABS(UX_MIN)
*SET,UZ_MAX,ABS(UZ_MIN)
!
LGWRITE,'6666','lgw','C:
\Users\Administrator\Desktop\',COMMENT
有限元分析与优化设计
手机振动模态分析
学生姓名:
杜卫东
学号:
101711505
所在学院:
机械工程学院
指导教师:
陈列
日期:
2018年6月20日
成绩:
有限元分析与优化设计
椅子的优化设计与分析
学生姓名:
杜卫东
学号:
101711505
所在学院:
机械工程学院
指导教师:
陈列
日期:
2018年6月21日
成绩:
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- anasys 椅子 优化 设计 湖工大
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