经典案例
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有限元分析与优化设计的设计方法

发布于:2016-03-01 20:21
有限元分析

      实现设计优化是人们长期以来一直追求的目标。但是,由于机械产品结构复杂,产品设计不仅受几何条件的约束,而且也受到结构强度、刚度等诸多设计要求的限制,而这些约束条件往往很难给出其关系式来。特别是当结构庞大,单元类型混杂及单元数、节点数很多时,即使已知结构各节点的位移和应力关系式,也常常会因矩阵庞大而不能求解,更不必说再经过多次迭代求最优解了。因此,大型机械结构的结构优化分析是一个很重要的问题,并不是找不到合适的优化方法,而是怎样将优化方法应用于结构有限元分析。目前,除一些大型结构分析程序(如NASTRAN,ANSYS)外,在微机上成功地将优化分析引入有限元分析的应用App还不多见。随着优化分析技术的日趋成熟和有限元分析技术的广泛应用,将有限元分析方法与优化分析方法有机地结合在一起,将使有限元分析方法在产品设计和优化产品结构的过程中发挥出前所未有的作用。
      矫正机的机架有多种结构形式。其中,上横梁采用铸造实体结构与机架框架箱形结构焊接为一体的结构形式是很常见且成系列的一种。机架的结构强度、应力分布及上横梁最大变形等,是设计人员最为关心的问题。在以往的结构分析中,不管结构形式怎样相似,只要改变机架的外形尺寸,就必须重新进行有限元分析,重新行单元网格划分及数据处理等一系列繁琐的工作,才能确定设计方案的优劣,势必延长工作周期,降低工作效率,为此研制开发了适用于如图所示的上梁为“T”形实体铸造结构、机架框架为箱形结构的矫正机机架的有限元优化专用App。旨在以实体—箱型这种常见的矫正机机架组合形式为突破点,探索一种在微机上将优化分析方法成功地应用在有限元分析工作中的新方法,以方便专业设计人员摆脱重复劳动,提高工作效率,最大限度地提高设计可靠性,缩短设计周期。
      程序共分为4个模块:有限元前处理、有限元分析、数据分析和优化分析。在总体程序的设计上,考虑以简便输入和简化操作为主。设计人员只需根据图纸尺寸输入设计参数,根据菜单和屏幕提示进行选择,机架的有限元分析及优化工作均可由程序自动完成。程序可完成的主要功能有:
      (1)当用户根据屏幕提示输入(或校核)几何尺寸、设计参数时,程序可自动生成有限元分析数据文件,
      (2)程序可直接对生成的有限元数据文件进行求解;并提供机架上横梁最大位移、最大主应力值、最大等效应力等信息,可绘制机架受载后的变形图和机架正面及外侧面的等应力线图,
      (3)优化模块对设计方案进行外形尺寸及主要板厚的重量优化,
      (4)可将优化结果直接生成有限元数据文件,进行有限元分析,可校验优化结果。由于C语言允许对字节、地址和指针直接进行操作,使用灵活。因此,总体程序的连接模块采用Turbo C语言编写。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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