機械優(yōu)化設(shè)計常用軟件整理PPT

1、常用優(yōu)化軟件及其優(yōu)化設(shè)計使用范圍5 5 第五部分 2XXXXXXXXXXXXXXXXXX5.1.1 PROE優(yōu)化設(shè)計PROElPro/E：功能強大的三維CAD/CAE/CAM（proe/nc）一體化、集成化軟件，涵蓋產(chǎn)品從設(shè)計到制造的全過程，可以迅速提高企業(yè)在產(chǎn)品工程設(shè)計與制造方面的效率。lPro/Mechanica ：有限元分析技術(shù)，CAE核心技術(shù)之一。三大模塊：結(jié)構(gòu)分析、溫度分析、運動分析。利用有限元分析功能，發(fā)現(xiàn)零部件的薄弱部位，通過變更設(shè)計參數(shù)來改變幾何形狀，從而得到最優(yōu)結(jié)果。lPro/Mechanica Structure：進行零件模型和裝配模型的結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化分析。Pro/Engi

2、neer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 3XXXXXXXXXXXXXXXXXX優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計三維模型三維模型應(yīng)力分析應(yīng)力分析靈敏度分析靈敏度分析三維建模三維建模平面平面應(yīng)力分析應(yīng)力分析PROE優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計步驟步驟5.1.2proe優(yōu)化設(shè)計步驟 4XXX

3、XXXXXXXXXXXXXXX5.1 風(fēng)險管理概述基于PROE的活動扳手優(yōu)化進行扳手模型優(yōu)化設(shè)計需要完成以下工作：創(chuàng)建幾何模型、簡化模型定義材料屬性（Mechanica里完成定義）定義約束定義載荷靜態(tài)分析定義設(shè)計參數(shù)、運行靈敏度分析運行優(yōu)化分析、根據(jù)優(yōu)化結(jié)果改變模型5.1.3PROE優(yōu)化設(shè)計實例 5XXXXXXXXXXXXXXXXXX5.1.4定義約束 載荷 為了摸擬扳手的實際工作情況，對扳手鉗口與螺母接觸的平面區(qū)域施加約束。 為了摸擬手對扳手的作用，在手柄尾部上表面長為75mm的矩形區(qū)域內(nèi)，施加均布力，此均布力沿X軸方向的分力為-50N，沿Y軸方向的分力為-100N。 6XXXXXXXXXX

4、XXXXXXXX5.1 風(fēng)險管理概述5.1.4扳手建模與實際模型相比，有限元模型作了適當簡化。模型是以FRONT平面為草圖平面建立的實體拉伸特征，實體的厚度為10mm，方向為向屏幕內(nèi)側(cè)生成。 7XXXXXXXXXXXXXXXXXX5.1.4平面應(yīng)力分析 進入Pro/Mechanica工作環(huán)境 8XXXXXXXXXXXXXXXXXX5.1.4定義材料厚度 9XXXXXXXXXXXXXXXXXX5.1.4定義約束載荷 10XXXXXXXXXXXXXXXXXX定義靜態(tài)分析將根據(jù)模型中指定的約束和載荷，來計算模型中變形、應(yīng)力和應(yīng)變?？芍Ｐ褪欠窨梢猿惺艿米≈付ǖ妮d荷條件、零件所能承受的臨界點在何處，以

5、及零件變形的位移量是多少。5.1.4建立分析任務(wù) 11XXXXXXXXXXXXXXXXXX 將模型中扳手厚度、手柄寬度作為創(chuàng)建局部靈敏度研究的設(shè)計參數(shù)，比較這兩個參數(shù)對模型質(zhì)量、von Mises應(yīng)力和端點位移有多大影響。5.1.4靈敏度分析扳手厚度（扳手厚度（d0）10尺寸，手柄寬度（尺寸，手柄寬度（d10）12.5尺寸尺寸 12XXXXXXXXXXXXXXXXXX接下來會自動進行局部靈敏度和全局靈敏度分析5.1.4靈敏度分析優(yōu)化的目的是在設(shè)計結(jié)構(gòu)時以減輕產(chǎn)品重量為最高原則，而通過應(yīng)力分析條紋圖可知扳手尾端對應(yīng)力的影響最小，因此在扳手尾端增加一個10的通孔。 13XXXXXXXXXXXXXX

6、XXXX5.1.4優(yōu)化設(shè)計本次設(shè)計的優(yōu)化目標是，在滿足應(yīng)力要求的前提下，盡可能達到質(zhì)量輕、體積小、形狀合理，并最大限度的減緩過渡區(qū)的應(yīng)力集中。利用已建立好的扳手厚度、扳手尾端孔徑進行優(yōu)化設(shè)計，將這兩個參數(shù)全部作為設(shè)計參數(shù)。 14XXXXXXXXXXXXXXXXXX5.1.4優(yōu)化設(shè)計 15XXXXXXXXXXXXXXXXXX更新零件 優(yōu)化分析結(jié)果5.1.4優(yōu)化設(shè)計 16XXXXXXXXXXXXXXXXXX5.2 結(jié)論通過運用Pro/MECHANICA對扳手進行平面、三維模型應(yīng)力分析、敏感度分析及優(yōu)化設(shè)計，可以拓展到對于任何產(chǎn)品而言，在滿足設(shè)計要求的前提下，采用過程優(yōu)化設(shè)計方法，對產(chǎn)品機構(gòu)、設(shè)計參

7、數(shù)、結(jié)構(gòu)形狀等參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的缺陷，并驗證產(chǎn)品功能和性能的可靠性，使產(chǎn)品機構(gòu)性能達到最佳狀態(tài)。扳手扳手 能夠用能夠用PROE建模的物體建模的物體 17XXXXXXXXXXXXXXXXXX5.2.1 ANSYSANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）軟件，是世界范圍內(nèi)增長最快的計算機輔助工程（CAE）軟件，能與多數(shù)計算機輔助設(shè)計（CAD，computer Aided design）軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Creo, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等。是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分

8、析軟件。 18XXXXXXXXXXXXXXXXXX5. 2 .2ANSYS實現(xiàn)優(yōu)化的基本過程最終進行優(yōu)化設(shè)計1.參數(shù)化建模和加載2.求解3. 參數(shù)化結(jié)果分析文件初始設(shè)計搜尋設(shè)計域 19XXXXXXXXXXXXXXXXXX 創(chuàng)建循環(huán)使用的分析文件創(chuàng)建循環(huán)使用的分析文件(1) 參數(shù)化建立模型參數(shù)化建立模型(PREP7)用設(shè)計變量作為參數(shù)建模的工作是在PREP7中完成的。(2) 求解求解(SOLUTION)求解器用于定義分析類型和分析選項，施加載荷，指定載荷步，完成有限元計算。所有分析用到的數(shù)據(jù)都要指定：凝聚法分析中的主自由度，非線性分析中的收斂準則，諧波分析中的頻率范圍等。載荷和邊界條件也可以作為

9、設(shè)計變量。(3) 提取并指定狀態(tài)變量和目標函數(shù)提取并指定狀態(tài)變量和目標函數(shù)(POST1/POST26)提取結(jié)果并賦值給相應(yīng)的參數(shù)。這些參數(shù)一般為狀態(tài)變量和目標函數(shù)。提取數(shù)據(jù)的操作用*GET命令(Utility MenuParametersGet Scalar Data)實現(xiàn)。(4) 分析文件的準備分析文件的準備分析文件有三種方式，分別為系統(tǒng)編輯器編輯的批處理文件；LGWRITE命令(Utility MenuFileWrite DB Log)生成的命令流文件；程序命令流文件(Jobname. LOG，必要時需刪除不必要的部分)。5. 2 .2ANSYS實現(xiàn)優(yōu)化的具體過程 20XXXXXXXXXX

10、XXXXXXXX建立優(yōu)化分析的參數(shù)建立優(yōu)化分析的參數(shù)完成分析文件的建立后，就可以進行優(yōu)化分析了，如果在交互方式下進行優(yōu)化的話，最好先在ANSYS數(shù)據(jù)庫中用分析文件建立參數(shù)，其優(yōu)點有：初始參數(shù)可以作為一階分析方法的起點，且對于優(yōu)化過程參數(shù)在數(shù)據(jù)庫中可以在GUI下進行操作，便于定義優(yōu)化變量。進入進入OPT指定分析文件指定分析文件該步驟是由OPT處理器來完成，其命令為：/OPT。 21XXXXXXXXXXXXXXXXXX聲明優(yōu)化變量聲明優(yōu)化變量該步驟指定哪些參數(shù)是設(shè)計變量，哪些參數(shù)是狀態(tài)參數(shù)，哪些參數(shù)是目標函數(shù)，允許有不超過60個設(shè)計變量和不超過100個狀態(tài)變量，但只能有一個目標函數(shù)。選擇優(yōu)化工具或

11、優(yōu)化方法選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法ANSYS提供了一些優(yōu)化工具和方法，默認方法是單次循環(huán)，指定后續(xù)優(yōu)化的工具和方法的命令為：OPTYPE。指定優(yōu)化循環(huán)控制方式指定優(yōu)化循環(huán)控制方式每種優(yōu)化方法和工具都有相應(yīng)的循環(huán)控制參數(shù)，如最大迭代次數(shù)等，這些控制參數(shù)設(shè)定的路徑為：Main MenuDesign OptMethod/Tool。 22XXXXXXXXXXXXXXXXXX進行優(yōu)化分析進行優(yōu)化分析在控制項設(shè)定好以后，可以進行分析了，其命令為：OPEXE。在執(zhí)行OPEXE時，優(yōu)化循環(huán)文件(JOBNAME.LOOP)會根據(jù)分析文件生成。循環(huán)在滿足以下情況時終止：收斂、中斷、分析完成等。查看設(shè)計序列結(jié)果查看設(shè)計

12、序列結(jié)果優(yōu)化循環(huán)結(jié)束后，可以用命令或相應(yīng)的GUI路徑來查看設(shè)計序列。如：OPLIST、STATUS、POST1和POST26等。5.2.3ANSYS優(yōu)化設(shè)計具體步驟 23XXXXXXXXXXXXXXXXXX上圖是一個兩端固定的矩形斷面鋼梁，其彈性模量E = 200 GPa，梁的寬度b=100 mm，梁的厚度需要優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計的目標是使梁的重量最輕。梁的上表面必須維持水平，但是梁厚度是可以沿著長度變化的(即梁底的曲線是可以變化的)，但是梁厚度不得低于100 mm也不得超過800 mm。負載方面考慮一集中載重F、均布力p和自重。另一限制條件是彎曲應(yīng)力不能夠超過100 MPa。b=0.1mh長度=6

13、m均布載荷p=15000N/m集中載荷F=100000N5.2.4ANSYS優(yōu)化設(shè)計實例 24XXXXXXXXXXXXXXXXXX模型建立模型建立首先，這個例子是左右對稱的，所以只需取左半部來分析就可以了。然后取三個地方的高度，分別是端點H1、四分點H2、及梁中央點H3，然后以樣條函數(shù)將這三個點用圓滑曲線連結(jié)起來，代表梁底的曲線。使用PLANE42元素來做2D的分析，取整個梁的最大和最小的彎曲應(yīng)力(分別是SMAX及SMIN)作為狀態(tài)變量，上下限分別為+100 MPa及-100 MPa。梁的總體積（SVOLUME）是目標方程。綜合以上的討論，設(shè)計優(yōu)化問題可以表示成下列的數(shù)學(xué)模式：mm 8003m

14、m 100mm 8002mm 100mm 8001mm 100Mpa 100 Mpa 100Mpa 100Mpa 100 HHHSMINSMAXtoSubjectSVOLUMEMininize 25XXXXXXXXXXXXXXXXXX分析過程分析過程 26XXXXXXXXXXXXXXXXXX 27XXXXXXXXXXXXXXXXXX 28XXXXXXXXXXXXXXXXXX 29XXXXXXXXXXXXXXXXXX 30XXXXXXXXXXXXXXXXXX 31XXXXXXXXXXXXXXXXXX小心填錯！嚴格按順序、按圖示值填寫！小心填錯！嚴格按順序、按圖示值填寫！ 32XXXXXXXXXX

15、XXXXXXXX嚴格按順序依次連接點嚴格按順序依次連接點1和和2、點、點2和和3、點、點1和和4、點、點2和和5、點、點3和和6！最后點擊最后點擊OK！ 33XXXXXXXXXXXXXXXXXX嚴格按順序依次連接點嚴格按順序依次連接點4、5和和6，然后點擊，然后點擊OK！ 34XXXXXXXXXXXXXXXXXX按順序依次連接右側(cè)按順序依次連接右側(cè)4條線，點擊條線，點擊Apply；然后依次連接左側(cè)；然后依次連接左側(cè)4條線，最后點擊條線，最后點擊OK！ 35XXXXXXXXXXXXXXXXXX 36XXXXXXXXXXXXXXXXXX 37XXXXXXXXXXXXXXXXXX 38XXXXXXXXXXXXXXXXXX 39XXXXXXXXXXXXXXXXXX 40XXXXXXXXXXXXXXXXXX你以為這就結(jié)束你以為這就結(jié)束了？了？ 41XXXXXXXXXXXXXXXXXX建模才剛剛開建模才剛剛開始！始！ 42XXXXXXXXXXXXXXXXXX Ansys具有建模和對模型操作的能力，但是其步驟和程序較繁瑣，因此常常對優(yōu)化對象先用PROE建好模型，再導(dǎo)入ansys進行分析優(yōu)化。如果是以應(yīng)力作為變量，則直接將PROE中的