十杆桁架结构优化设计.doc

 题目：十杆桁架结构优化设计 ：目录 1 设计题目 1 2 设计过程 2 2.1 一、运用Abaqus求解各杆轴力应力 2 2.1.1 Abaqus计算流程 2 2.1.2 结果 3 2.2 二、利用材料力学知识求解 4 2.2.1 基本思路 4 2.2.2 解题过程 4 2.2.3 结果 5 2.3 三、编写有限元程序求解 6 2.3.1 程序基本步骤 6 2.3.2 Vs2012 中重要的程序段 6 2.3.3 程序输出文件 9 2.3.4 材料力学、有限元程序、Abaqus结果比较 10 2.4 四、装配应力计算 11 2.4.1 处理技巧 11 2.4.2 Abaqus处理技巧 11 2.4.3 不加外力（P1,P2,P3） 时 材力，Ansys与Abaqus结果 12 2.4.4 不加外力（P1,P2,P3） 时 材力，Ansys与Abaqus误差分析 12 2.4.5 加外力（P1,P2,P3）时 Ansys与Abaqus结果 12 2.5 五、优化设计 14 2.5.1 设计中变量的概念 14 2.5.2 优化步骤运用VS2012编写复合形法进行约束优化。 14 2.5.3 VS2012优化程序 16 2.5.4 优化结果 19 2.5.5 结果说明 19 3 设计感想 20 4 备注 20 4.1 参考书目 20 4.2 说明 20 设计题目 十字桁架结构优化设计 现有十字桁架结构见图1，材料泊松比为0.3，E=2.1e11，密度为7.8×103kg/m3, 许用应力为160Mpa，P1=600k N ，P2=900k N ，P3=600k N，杆1-6面积为A1=0.03m2,杆7-10面积为A2=0.02m。 1、利用Ａｂａｑｕｓ计算各杆的应力； 2、利用材料力学的知识求解，并与1计算出的结果做比较； 3、编写有限元程序求解，与1和2计算结果进行比较； 4、若杆5制作时短了0.001m，试求各杆的应力； 5、若令2节点的位移小于0.005m，A1、A2为0.005～0.05m2，试 设计过程 一、运用Abaqus求解各杆轴力应力 利用Abaqus求解，十字桁架结构可用2Dtruss单元模拟。单元参数为：弹性模量，1-6杆截面面积，7-10杆截面面积。加载求解输出各杆应力，结点位移 Abaqus计算流程 P:创建part trussmain,part45l,part45r,part trussmain,包涵除外的所有杆，part45l，part45r Property：createaterial:Elastic: 弹性模量,泊松比0.3 Create Section：\Truss：Section A1,截面面积30000。Section A2,截面面积20000。并给各杆赋。 ：组装part trussmainpart45l,part45r。 Step:创建一个分析，step1 Interaction： 用Tie把part trussmain,part45l,part45r,绑定。 ： load：加铰接约束，固定x,y位移。 Create boundary Condition：加相应力。 ：划分网格，一个杆为一个单元。E tape， Job：创建一个job， Input,Data Check,Submit,通过Result来查看应力云图。 二、利用材料力学知识求解 基本思路 显然题目中的十字桁架结构是两次静不定问题。对于一次静不定问题，材料力学给出了两类解法：①去掉约束加力，找位移协调关系解题；②力法正则方程求解。对于多次静不定，特别是上述桁架问题，找出其协调关系基本上是不可能的，而力法正则方程更适合于解这种结构。如图3所示，去掉多余约束，建立力法正则方程： 解题过程 分别求出外力作用下各杆内力和单位力作用下的各杆内力，为计算方便，将其结果列入下表1中。应用莫尔积分定理有： 表 1外力作用下各杆内力和单位力作用下的各杆内力 杆号 L P1 P2 P3 Fi1 Fi2 1 a 0 0 1 -1 2 a 0 0 0 0 1 3 a 1 -1 4 a 0 0 1 5 a 0 0 0 1 0 6 a 0 0 0 0 1 7 0 0 8 0 0 9 0 0 0 10 0 0 0 0  杆号 轴力F(N) 应力S(MPa) 1 1580569 52.67 2 347433.1 11.58 3 -1119431 -37.31 4 47433 1.58 5 128002.1 4.27 6 347433.1 11.58 7 1158850.4 57.94 8 -962469.9 -48.12 9 781447.6