Ansys在钢结构中的应用
ANSYS优化算法在钢结构优化设计中应用对比分析
ANSYS优化算法在钢结构优化设计中的应用对比分析摘要：本文利用大型通用有限元软件ansys对某住宅钢结构进行优化设计。
在保证结构安全可靠的前提下，合理有效地降低结构的用钢量，取得良好的经济效益。
对零阶与一阶优化算法在住宅钢结构优化设计中的具体实现方法进行了探讨，对两种算法的准确性和计算效率进行了对比分析, 提出了应用建议。
关键词：ansys、住宅钢结构、零阶优化算法、一阶优化算法、优化设计中图分类号： n945.15 文献标识码： a 文章编号：现代科学技术的高速发展，以及人们对住宅功能齐全、使用方便、居住舒适、安全节能等方面的要求，使钢结构住宅逐步替代传统木结构、砖混结构和钢筋混凝土结构住宅，成为住宅产业的一只新生力量。
在钢结构工程中，钢材的用量是非常巨大的，这其中不免会存在材料安全储备太高，过于浪费的情况。
住宅钢结构的优化设计是在保证结构安全可靠的前提下，合理的利用钢材，尽最大可能的减少用钢量，从而实现降低工程造价的目的。
本文的研究依托于ansys软件兼有有限元分析和优化设计的技术优势，利用零阶和一阶优化算法，针对某多层住宅钢结构展开优化设计，并对两种算法进行了优化效果比较。
一、ansys的优化算法ansys提供了两种优化算法，ansys对这两种方法提供了一系列的“分析—评估—修正”的循环过程，即对于初始设计进行分析，对分析结果就设计要求进行评估，然后修正，这一循环过程重复进行，直到所有的设计要求都满足为止。
1.1 零阶优化算法该方法仅需要因变量的数值，而不需要其导数信息。
因变量（目标函数及状态函数）首先通过最小二乘拟合值近似，而约束极小化问题用罚函数转换成无约束问题，极小化过程在近似的罚函数上进行迭代，直至获得解得收敛。
1.2 一阶优化算法该方法计算并利用导数信息进行优化。
约束优化问题通过罚函数转换成无约束优化，对目标函数及状态变量的罚函数计算导数，形成设计空间中的搜索方向。
在每次迭代中，实施最速下降及对偶方向搜索直至达到收敛。
基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析共3篇
基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析共3篇基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析1基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析随着城市化进程的不断加快，建筑高度和层数不断增加，高层建筑的结构安全问题越来越受到人们的关注。
而地震是高层建筑结构安全的关键因素之一，抗震设计成为高层建筑结构设计的重点之一。
而对于钢结构而言，钢材的高强度、可塑性好、适应性强等特点，使得钢结构成为高层建筑结构的重要选择。
本文将以基于ANSYS的高层钢结构为对象，探讨其抗震及稳定性分析。
1. 建立高层钢结构有限元模型在进行高层钢结构的抗震及稳定性分析前，需要先通过ANSYS 等有限元软件建立高层钢结构的有限元模型。
建立模型需要考虑高层钢结构的结构特点和工程实际情况，确定结构参数、节点分布及约束情况。
2. 高层钢结构抗震分析地震对高层建筑结构的影响主要体现在地震作用下建筑结构内部产生的地震应力和滞回曲线等。
因此，在进行高层钢结构的抗震分析时，需要考虑其受到的地震作用，分析结构内力和变形等参数。
首先，需要进行地震作用下钢结构模型的动力特性分析。
在这一步中，可以使用ANSYS中的模态分析功能，以得到结构在不同模态下的自然频率和振型。
其次，根据钢结构在地震作用下的动力特性，进行地震反应谱法抗力设计。
地震反应谱是描述结构在不同频率下受到地震作用时的反应的一种方法，可以分析结构受到的地震作用下的最大位移、加速度和力等参数。
对于高层钢结构，可以通过ANSYS中的响应谱分析功能进行计算。
最后，通过引入钢结构弹塑性性能纳入分析中，能够更加精准地分析高层钢结构在地震作用下的受力性能。
3. 高层钢结构稳定性分析高层钢结构的稳定性是结构设计或构件设计中必须考虑的重要问题。
高层钢结构结构体系复杂，其极限状态的稳定性较低。
在进行高层钢结构的稳定性分析时，需对结构进行屈曲分析，以了解梁和柱在地震作用下的稳定性。
在进行屈曲分析时，需要先得到高层钢结构构件的稳定系数。
利用ANSYS软件计算钢结构雕塑
利用ANSYS软件计算钢结构雕塑ANSYS是一种强大的工程仿真软件，可以用于模拟并计算各种工程应用中的力学和热学问题。
在本文中，我们将利用ANSYS软件来计算钢结构雕塑的应力分布和变形情况。
首先，我们需要准备钢结构雕塑的CAD模型。
这个模型应该包括所有的几何尺寸、材料参数和边界条件。
在ANSYS软件中，可以使用多种文件格式导入CAD模型，如IGES、STL等等。
然后，我们需要定义材料的力学性能，包括弹性模量、屈服强度、泊松比和密度等。
最后，我们需要定义边界条件，如固定支撑、施加的载荷等。
一旦CAD模型准备好并且边界条件设置完毕，我们可以进行计算了。
首先，我们需要进行网格划分，将模型离散化为一系列有限元。
ANSYS软件可以自动进行网格划分，也可以手动调整网格密度。
然后，我们可以选择适当的模拟方法和求解器。
在钢结构雕塑的情况下，通常使用静态结构分析方法和有限元法来求解。
进行计算时，我们可以分析钢结构雕塑的应力分布和变形情况。
应力分布可以帮助我们了解结构的强度和稳定性，变形情况可以帮助我们检查结构的刚度和形变。
除此之外，我们还可以进行其他的分析，如热应力分析、疲劳分析和模态分析等。
在计算完成后，我们可以通过可视化结果来了解钢结构雕塑的响应。
ANSYS软件提供了各种显示选项和图表工具，可以在不同的视图中显示结果。
通过可视化结果，我们可以直观地观察到钢结构雕塑的应力变化、变形情况以及刚度特性。
除了基本的分析，ANSYS软件还提供了更高级的功能和工具，如优化设计、参数化建模、多物理场耦合等。
这些功能可以帮助工程师更好地理解和改进钢结构雕塑的设计。
总而言之，利用ANSYS软件计算钢结构雕塑可以帮助我们分析和优化结构的性能。
通过模拟钢结构的应力分布和变形情况，我们可以更好地理解结构的行为，并做出合理的设计和改进。
ANSYS软件提供了一种强大的工具和平台，可以帮助工程师在钢结构设计中进行仿真和分析。
有限元分析在钢结构工程施工中的应用
有限元分析在钢结构工程施工中的应用摘要：现阶段，我国的综合国力不断地提高，人们的生活水平也越来越高。
为满足人们文化及精神生活的需求，各种大型建筑应运而生。
尤其，近年来各种空间钢结构不断涌现，如网架结构、桁架结构、网壳结构等广泛应用于实际工程中。
对大跨空间钢结构而言，由于其结构施工过程复杂，施工方法和施工工艺繁琐，在施工阶段出现风险的概率要比其他结构高。
运用有限元分析，可以在钢结构施工过程中进行计算机模拟跟踪计算，为施工过程提供安全精确的数值分析结果和动态模拟。
关键词：有限元分析；钢结构工程施工；应用引言随着我国经济的发展，大跨度空间钢结构的形式也日趋复杂，施工过程对结构的影响不能忽略。
用施工力学的方法对施工过程进行预分析，不仅可以优选结构施工方案，而且保证施工过程中结构的安全性以及竣工状态结构的内力和位形满足设计要求。
本文基于ANSYS、MARC等大型有限元平台上，并充分考虑施工步骤，等的影响，对结构施工进行跟踪模拟分析。
1有限元方法及软件介绍有限元法可以称为有限单元法或有限元素法，基本思想是将物体（即连续求解域）离散成有限个且按一定方式相互连接在一起的单元组合，来模拟和逼近原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的数值分析法。
结构在施工过程中是逐层承受荷载的，并引起结构相应的内力和变形，每次对结构施加荷载时，结构便形成刚度，便产生内力与变形。
当增加下一结构时，所施加的荷载与原来形成的荷载一起影响结构的变形与内力，这样不停地变化，内力与变形也在不停地发生变化，每次形成矩阵不断地迭代求解，有限元则是采用单元生死技术来控制结构的先后顺序，模拟变形，得到所需要的结果。
结构施工建模步骤如下：（1）建立构件三维空间有限元模型，形成结构整体刚度矩阵；根据施工步骤划分施工阶段，分阶段建模。
（2）利用有限元软件ANSYS的单元生死技术钝化所有施工步（包括构件及其相应的边界条件、荷载和约束），先将整体结构建模，按照施工的顺序，将未建造结构单元的刚度矩阵乘以一个很小的缩减因子，即单元生死系数，这样单元就处于失效的状态下；（3）将单元载荷、质量、应变和刚度设为0值，未建结构单元的质量、刚度对已建结构不产生任何影响。
ANSYS在结构分析中的应用及与CAD的连接
1、设置激励源：根据工程实际情况，确定引起结构振动的外部激励，如风载、 地震作用等；
2、设定测量点：确定用于监测振动的位置或节点；
3、选择求解器：选择适合求解该问题的求解器，如直接求解器、模态求解器 等；
4、进行求解：设置相关参数，如求解时间、时间步长等，并启动求解过程；
5、结果后处理：当求解完成后，ANSYS将生成一系列结果文件，包括位移、 速度、加速度等响应数据。这些数据可通过后处理模块进行可视化处理和分析。
建模
在ANSYS软件中进行机械结构分析，首先需要对结构进行建模。ANSYS提供了 多种建模方法，包括实体建模、线建模、面建模等。在实体建模中，用户可以 通过拉伸、旋转、扫略等操作创建三维实体模型。对于复杂的三维模型， ANSYS还提供了自适应网格划分功能，可以根据模型形状自动划分出高质量的 网格。此外，ANSYS还支持直接导入CAD模型，方便用户快速进行结构分析和 优化。
分析流程
ANSYS软件中的机械结构分析流程一般包括前处理、分析计算和后处理三个阶 段。
前处理阶段主要是建立有限元模型，包括定义材料属性、设置接触条件、定义 载荷和边界条件等。在定义材料属性时，ANSYS提供了丰富的材料库，用户可 以根据实际需要选择相应的材料模型。
在设置接触条件时，需要确定各个部件之间的接触关系以及摩擦系数等参数。 在定义载荷和边界条件时，需要考虑各种外力、约束等对结构的影响。
4、电子设备：ANSYS可以分析手机、电脑等电子设备的结构和热性能，以提 高其可靠性和稳定性。
4、电子设备：ANSYS可以分析手 机、电脑等电子设备的结构和热 性能
1、几何建模：首先在ANSYS中创建桥梁的几何模型，该模型包括桥墩、桥面、 钢筋等组成部分。
2、材料定义：为桥梁的各个部分设定材料属性，如混凝土的弹性模量和泊松 比等。
ANSYS在冶金领域的应用
If j＝12 计算结束
生成ANSYS输入文件
读入工件 运行条件
金属工件随时间的运动 燃烧器的输出
设定热传导系数
写出ANSYS 文件
ANSYS文件名
ANSYS Features
计算结果
出口側
530. 704 613. 85 696. 997 780. 144 863. 291 946. 437 1030 1113 1196 1279 K
走
向
固态
ANSYS Features
• 流场分析
－结晶器、铸轧等
ANSYS Features
结晶器内流场分析
• 用户单位：北京科大 • 控制结晶器内流场是提高钢液洁净度的最后环节。 • 结晶器内的流动方式对夹杂物的分离去除、防止保护渣卷入钢 水影响很大 • 对凝固初期坯壳的均匀形成、防止注流冲刷局部凝固壳造成拉 漏或坯表面裂纹产生有较大影响。 • 研究不同操作条件下结晶器内流场特征对指导连铸生产是非常 必要的。
*dim,a,,1584
获得金属工件的温度 *do,;a(i)=temp(i);*enddo 代入相邻的工件 *do,;d,i+144,temp,a(i);*enddo 用关闭时间行进方法计算 删除代入的温度 j=j+1
Step j+1 设定燃烧器的温度 If j<12 计算最初10秒 ANSYS Featu
分析过程
• 在造形时，使用ANSYS的APDL语言建模，将关键的设计参 数（如水管直径、水管间距、衬砖厚度）设为变量，可根 据计算结果，方便地调整。 • 利用耦合技术，计算高炉壁各处的应力值。
两块衬砖时冷却壁温度场分布
衬砖剥落后冷却壁热应力分布
ANSYS Features
ANSYS在某钢结构自锚式悬索桥中的应用
ANSYS在某钢结构自锚式悬索桥中的应用摘要：本文采用大型有限元分析软件ANSYS对某自锚式悬索桥建立有限元分析模型。
详细介绍了主要受力及传力结构的的等效换算方法。
并给出了自重情况下的变形及主缆与吊杆的轴向应力。
分析结果合理，符合工程实际。
可为该桥的长期监测和安全评估提供基础。
关键词：自锚式悬索桥；正交异性刚桥面板；有限元；模拟Abstract: this paper USES a large-scale finite element analysis software ANSYS to one self-anchored suspension bridge in a finite element analysis model. Detailed introduced the main force and power transmission structure of the equivalent conversion method. And give the dead weight of the deformation and the main cables and the boom of the axial stress. Analysis result is reasonable and comply with engineering practice. But for the bridge’’s long-term monitoring and safety evaluation with the foundation.Keywords: self-anchored suspension bridge; Orthotropic just bridge panel; Finite element; simulationANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元通用分析软件，其自带的APDL语言是用于实现参数化有限元分析的程序语言，它可以访问ANSYS数据库的各种数据可以利用APDL语言将计算结果输出到文本文件或图中，方便保存和查阅。
基于ANSYS的工程机械钢结构优化设计分析
基于ANSYS的工程机械钢结构优化设计分析摘要：文章介绍了工程机械钢结构的设计特点，并且结合有限元分析的基本思想以及物理力学等基本理论，对工程机械钢结构的设计与结构优化时的性能要求进行了细致分析，并且重点研究了工程机械钢结构在使用过程中对强度、刚度等方面的要求。
前言随着社会和经济在不断的进步和发展，人口的增加以及农村人口向城市流动以及公路的扩建，就会要求住房不断的增加以及不断增加的公路桥梁等工程的建设，在建房和公路桥梁的建设的过程中就会需要使用大量的工程机械进行建设和工作。
而工程机械大都是由钢结构制造的，而目前大多数的钢结构的形状和尺寸都是根据计算的结果，在计算的计算上乘以一个安全系数就得出所用钢结构的形状形式和尺寸的大小。
由于资源的短缺各个国家和企业都会考虑提高材料的利用率，这就需要设计合理的结构，在达到使用功能的基础上减少材料的使用，从而使整个设备的质量降低，也节约了设备的能源消耗量。
为了减少使用不同种类的钢结构进行实验的费用，我们可以使用仿真软件ANSYS对不同的工程机械机构进行仿真，最后得到工程机械钢结构的最优化。
1. 设计工程机械钢结构的特性要求我国最近几年的发展非常的额迅速，不管是住房还是道路桥梁的建设都在快速的发展中，这就需要使用机械设备来进行施工，在施工中的设备全部称为工程机械。
我们都知道工程机械主要是由钢结构、液压和电气控制部分和动力控制部分构成。
我们使用工程机械中最常见的架桥机最为对象进行研究，架桥机中最重要的机构就是钢结构，并以天车作为整个设备的传动部分，也是利用液压控制系统和电气控制系统联合使用的，架桥机的钢结构类似于人类的骨骼，是架桥机完成施工的最重要的结构，钢结构是否能够满足使用要求和安全要求是影响整个作业安全性和人员安全性的重要因素，所以我们要对整个架桥机的钢结构进行受力性能分析。
在架桥机工作时先将混凝土梁运到制定的地方，然后通过架桥机的液压控制系统和电气控制系统来控制架桥机的钢结构部分将混凝土梁抬放到相应的位置，在这个工作工程中钢结构的安全性是非常重要的，如果钢结构的质量不合格不仅会造成财产的重大损失还会造成工作人员的重大伤亡。
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图 3-3 启动 ANSYS Product Launcher 创建新文件 打开之后的 ANSYS 界面:
图 3-4 3.3 确定分析问题的范围
ANSYS 界面
Ansys 软件可以对结构、热学、流体动力学、电磁学等学科问题进行分析。在图 3-5 中点击 Preferences 弹出图 3-6 对话框，我们选择结构(structural)分析栏，在分析方法栏选择 h-method(p-method 是用于更为精确的计算)并确定，如下图所示。
图 3-2 启动 ANSYS Product Launcher 建立新文件 点击 Run 之后，由于该文件之前没有被创建，故会出现如图 3-3 提示框，点击 Yes。 如果第二次打开该文件就不会出现如下提示。
ANSYS 学习报告
Date: 2011-03-25
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图 3-1 ANSYS 学习报告
Date: 2011-03-25
塔体转铰总图
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上海同新机电控制技术有限公司 3.2 新建模型文件
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在 E:\汉中桥\3-项目动态\2-技术资料\2-计算模型\ansys 目录下新建文件夹 zhuanjiao。 注意：zhuanjiao 为模型文件的直接上级文件，不能命名为汉字，可以以所建模型的英文名 或者汉语拼音命名，以防运行出错。启动 ANSYS Product Launcher，点击 Working Directory 后面的 Browse，找到 zhuanjiao 文件夹的位置，然后在 Job Name 后面的空格中填入模型文 件的名字， 同上述文件夹名字的命名一样， 不能为汉字。 此例中仍然用 zhuanjiao， 点击 Run。 如图 3-2 所示。
2. ANSYS 软件分析基本过程
ANSYS 软件分析问题基本过程一般包括以下步骤：1、确定分析问题的范围；2、定义 单元类别；3、定义材料属性；4、定义实常数；5、建立模型；6、划分单元；7、施加荷载 和约束；8、对模型计算以及结果后处理。
3. ANSYS 软件分析实例
现在以汉中桥副塔竖转工程塔体转铰计算为例演示 ANSYS 建模计算过程。 3.1 工程简介 竖转工程塔体转铰图纸如下图 3-1。详见附图。图中上部铰为压杆底部转铰，底部铰为 竖转塔铰。 之前用 sap 软件对模型进行整体计算已得出两个塔铰上的受力， 按该值乘以一定 的系数加在 ansys 模型上进行局部分析。
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ANSYS 学习报告
Date: 2011-03-25
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目录
1. 2. 3. ANSYS 软件分析基本原理 ..............................................................................1 ANSYS 软件分析基本过程 ..............................................................................1 ANSYS 软件分析实例 .....................................................................................1 3.1 工程简介 .....................................................................................................1 3.2 新建模型文件..............................................................................................2 3.3 确定分析问题的范围...................................................................................3 3.4 定义单元类别..............................................................................................4 3.5 定义材料属性..............................................................................................4 3.6 定义实常数 .................................................................................................5 3.7 建立实体模型..............................................................................................6 3.8 划分单元 ...................................................................................................28 3.9 添加荷载和约束 ........................................................................................33 3.10 计算.......................................................................................................36 3.11 查看结果 ...............................................................................................36 3.12 加固设计 ...............................................................................................38 4. 对模型添加荷载和径向约束 .........................................................................39
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图 3-5 3.4
选择 Preferences 定义单元类别
图 3-6
确定分析范围
内控等级： □机密 ■一般 □不受控
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通管编号：PM-EXE-D&ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-003
设 计 审 核 审 定
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上海同新机电控制技术有限公司 修订历史 文档版本 V1.0 V1.1 时间 2010-08-13 2011-03-25 设计人 备注 第一次整理完成 第二次整理完成
图 3-9 ANSYS 学习报告
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定义实常数
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上海同新机电控制技术有限公司 3.7 建立实体模型
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很多资料都介绍有两种建模方式：一种是自上而下的建模方式，也就是指按照从体到 面、从面到线、从线到点的顺序进行建模；另一种是自下而上的建模方式。与自上而下建 模相反，它是指从点到线、从线到面、从面到体的建模方式。无论哪一种建模方式，都要 满足面面共线、线线共点，否则就会出错。一般建模中这两种方法都会用到，适当交替使 用可以节省部分工作量。建模时工作平面的利用是很重要的，以下建模过程中经常会用到。 使用工作平面时要注意，尤其是在使用工作平面进行 Divide 时，起作用的是 xy 平面，因此 需要将工作平面的 xy 平面调整到目标平面位置。转铰结构参见附图 1~2。 模型需要建出的副塔节段为 AB 段，该段高度为变高，且长度方向为弧形，模型中可以 简化为宽 2.5m，高 4.0m，长 8.1m 且忽略与压杆铰及塔铰所存在的夹角的空心长方体。 点击 Modeling>Create >Areas>Rectangle>By Dimensions 命令， 如下图输入值建立模型。
Preprocessor>Real
Constants >Add/Edit/Delete 命令，点击 Add 弹出如下图 3-9 对话框。各单元在 4 个节点中可 以定义不同厚度值，我们选的是均匀各向同性的钢板，因此只需要在一个节点中输入值就 可以了。值得注意的是如果两块板是重叠的，那么厚度就是两块板之和。本例中涉及到的 板厚如下图 3-9 所示。
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