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ANSYS优化模块在建筑结构中的应用

Tianjin University Tianjin University 近五年有限元软件在优化问题中的发展及应用 汇报人:应皎洁 2016年12月23日 目次 一、有限元概述 二、有限元优化设计 三、结语 有限元法是计算力学中的一种重要的方法,其基本思想是先将研究对象的连续求解区域离散为一组有限个且按一定方式相互联结在一起的单元组合体。 在此次文献学习中,我选择了有限元软件在优化设计中的应用作为重点。主要从ANSYS优化模块在建筑结构、桥梁结构和其他方面的应用,以及其他有限元软件经二次开发后在优化问题中的应用几个方面进行了总结。 有限元概述 在有限元应用领域不断扩展 、求解精度不断提高的同时 , 有限元也从分析比较向优化设计向优化设计的方向开始发展。 优化设计是一种寻求确定最优设计方案的技术。所谓“最优设计”,指的是一种方案可以满足所有的设计要求,而且所需的支出最小。 结构优化设计强调的是从众多设计序列中寻求结构的最佳设计序列,其本质上是一个分析—评估—修正的迭代过程,通过对不同的设计序列进行结构效应分析,并进行优化参数评价,逐步逼近最优设计序列 有限元优化设计 有限元优化设计 2.1.1 ANSYS优化模块在建筑结构中的应用 在门式钢架中的应用 通过对一门式钢架进行结构优化计算,在静力求解的基础上,进行一般的后处理,提取静力学的结果并定义单元体积,指定优化设计的分析文件。得出有限元结构优化结果并与理论解进行对比,其结果与理论解吻合较好。 有限元优化设计 2.1.1 ANSYS优化模块在建筑结构中的应用 在门式钢架中的应用 通过对一变截面门式钢架结构进行分析与优化设计,利用参数化设计语言对结构的单榀进行参数化建模,首先对整体结构进行力学分析,并对此结构以梁、柱截面的各项尺寸参数为设计变量,以结构最大应力,位移为状态变量,以门式钢架的体积最轻为优化目标,借助ANSYS的优化设计模块进行了优化设计。通过优化设计,用钢量节约了17.7%。 有限元优化设计 2.1.1 ANSYS优化模块在建筑结构中的应用 在廊道支架中的应用 通过对一廊道支架进行参数化建模,指定截面尺寸为优化变量,支架复合应力为约束条件,支架的质量为目标函数进行了优化设计。在满足约束条件的前提下, 钢材重量仅为原来的 68.3%,达到 了节约材料、控制成本的目的。 有限元优化设计 2.1.1 ANSYS优化模块在建筑结构中的应用 在圆管带式输送机桁架梁中的应用 对桁架梁结构的等边角钢截面尺寸进行了优化,使整个桁架梁结构的质量有一定下降,在满足使用要求的前提下减轻了质量降低了成本。 有限元优化设计 2.1.1 ANSYS优化模块在建筑结构中的应用 在预应力空心板梁及小箱梁中的应用 使用ANSYS优化模块以梁截面尺寸为优化变量,以材料用量为优化目标,对梁截面进行了优化,均取得了较好的经济效益。 有限元优化设计 2.1.1 ANSYS优化模块在建筑结构中的应用 在框架结构中的应用 通过对一框架结构进行分析,运用 ANSYS 软件的结构优化模块,结合框架结构构件的数学模型,以最低造价为目标函数,初步分析了框架结构构件在受力时,其最优的截面与最优配筋率。和从前自编优化软件的优化结果相近,说明了该方法的可行性。 有限元优化设计 2.1.1 ANSYS优化模块在建筑结构中的应用 在框架结构中的应用 通过对历城高中一栋 12 层的框架结构办公楼进行整体的静力分析和模态分析,并在此基础上,利用 ANSYS 优化模块提供的“零阶优化算法”和“一阶优化算法”分别对 框架构件以型钢、受拉纵筋、混凝土截面尺寸以及型钢截面形心到受拉边缘的距离为设计变量进行优化分析。通过两种优化算法的相互对照,保证了优化结果的准确性。最后,通过对最佳优化序列与案例的经济效益对比分析,造价优化效率大致在 10%左右。 有限元优化设计 2.1.2 ANSYS优化模块在桥梁结构中的应用 在连续梁桥墩研究中的应用 主要编制了桥上无缝线路纵向附加力计算程序 ALFCWR,建立线—桥—墩—基础一体化计算模型,并利用 ANSYS 有限元优化技术对( 40 + 64 +40) m 连续梁墩顶最小纵向水平线刚度进行了探讨,提出( 40 + 64 +40) m 连续梁墩顶纵向最小水平线刚度宜为 1 000 kN/( cm·线)。 有限元优化设计 2.1.2 ANSYS优化模块在桥梁结构中的应用 在确定斜拉桥恒载索力中的应用 以主梁和主塔的最大位移最小( 塔直梁平) 为目标,利用ANSYS 的优化设计功能进行优化,确定斜拉桥的合理成桥恒载索力,通过优化分析可以看出利用 ANSYS 的优化设计功能进行斜拉桥成桥恒载索力是比较方便可行的。 有限元优化设计 2.1.2 ANSYS优化模块在其他

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