基于MATLAB与ANSYS的结构优化设计

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基于MATLAB与ansys对变速器传动轴联合优化仿真(含代码)

MATLAB与ansys对汽车变速器传动轴联合优化仿真注：MATLAB与ansys对应的版本须一致，如2013版MATLAB 需对应13版的ansys，否则联合仿真时可能会报错一、建立数学模型1、设计变量：选择轴的直径和长度作为变量，X=[dL ]=[x1x2]2、目标函数：轴的质量最小f(X)=ρπx124x2=6.126×10−6x12x23、约束条件（1）扭转强度条件：τT=TW T −[τT]=865803d3−60<0（2）扭转刚度条件：θ=TGI −[θ]=21.38d4−1<0（3）几何条件：23≤d≤26 ，128≤L≤163二、MATLAB优化1、首先在磁盘中建立shaft文件夹（如E盘），在该文件夹中放入fun.m和confun.m 文件，见图1图1fun.m内容：function f=fun(x)f=6.126*10^-6*x(1)^2*x(2);confun.m内容：function[c,ceq]=execonfun(x)c(1)=865803/x(1)^3-60;c(2)=21.38/x(1)^4-1;c(3)=23-x(1);c(4)=x(1)-26;c(5)=128-x(2);c(6)=x(2)-163;ceq=02、在MATLAB窗口中输入如下程序：x=[25,180];lb=[23,128];ub=[26,163];[x,fval,exitflag,output]=fmincon('fun',x(),[],[],[],[],lb,ub,'confun') 3、得到结果如图2图2取整后得到最优点X=[dL ]=[25128]三、MATLAB与ANSYS联合优化仿真1、将MATLAB结果文件取整后导出TXT文件，保存在shaft文件夹中，见图3。

在shaft文件夹中建立shaft.mac命令流文件，内容如下：图3/FILNAME,shaft* DIM,XX,ARRAY,2,1* VREAD,XX,E:\shaft\data,txt,,jik,2,1(15f16.6)/PREP7ET,1,BEAM188MP,EX,1,2e11MP,PRXY,1,0.27SECTYPE,1,BEAM,CSOLIDSECOFFSET,CENTSECDATA,XX(1,1)/2000,40N,1,0,0,0N,15,XX(2,1)/1000,0,0FILL,1,15,13E,1,2EGEN,14,1,1FINISH/SOLD,1,ALLF,15,MX,170/STATUS,SOLUSOLVEFINISH/ESHAPE,on/POST1PLNSOL,U,SUMPLNSOL,S,XYSAVE2、在MATLAB命令窗口中输入如下命令x=[30,180];lb=[24,128];ub=[40,156];[x,fval,exitflag,output]=fmincon('fun',x(),[],[],[],[],lb,ub,'confun')x=ceil(x);save('E:\shaft\data.txt','x','-ascii')!’’D:\Program Files\ANSYS Inc\v140\ansys\bin\winx64\ANSYS140.exe’’-b-np7-dir E:\shaft\-i E:\shaft\shaft.mac-o ‘’E:\shaft\output.txt’’3、得到应力云图4，最大剪应力为49.3MPa，小于许用值，优化结果可靠（本人电脑上的MATLAB为12b，ansys为14.0，版本不一致，故参考书上的结果）。

基于ANSYS和MATLAB的结构优化设计_马东辉[1]

当20 < x 2 < 30 时，优化模型为一般线性规划问题，采用MATLAB R2010b优化工具箱中linprog 函数进行求解。求解的MATLAB程序如下： >> f=[6000;1800]； >> a=[-10650,0;20000,-53250]； >> b=[-40000;-2400000]； >> aeq=[ ]； >> beq=[ ]； >> ib=[0;20]； >> ub=[20;30]； >> [x,y]=linprog(f,a,b,aeq,beq,ib,ub) 求得的最优解为： x1 = 3.7415mm ， x 2 = 46.4748mm ，对应的最小体积为： f = 1.0610 × 10 5 mm 3 。由于 x 2 > 30 ，与假设相矛盾，故该最优解不成立。当 30 < x 2 < 80 时，优化模型为非线性规划问题，采用MATLAB R2010b优化工具箱中fmincon 函数进行求解。求解的过程如下：
（北京林业大学工学院，北京 100083）摘要：提出了一种分部优化的设计方法。利用ANSYS进行结构静力分析；根据结构的受力状况建立优化设计的数学模型；采用MATLAB优化工具箱对模型进行求解；最后通过ANSYS进行校核。建立了三维实体结构优化设计的一般化数学模型，并用该方法对一简单实体结构进行了优化设计，验证了方法的可行性。该方法不仅操作简单、直观，而且可以快速得出精确的优化结果，值得推广。关键词：优化设计；分部优化；ANSYS；MATLAB 中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2013)10(上)-0106-03 Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2013.10(上).31

基于ANSYS和MATLAB数据接口的结构拓扑优化设计平台

的各单元适应值进行大小排序。
④达到的效果：为下一步将排序在后的若干单
元进行遗传算子的操作提供了依据。
3）主程序读取 txt 文件适应值排序结果，调用自
定义函数完成选择、变异、杂交遗传算子的命令。
①技术原理：渐进遗传新型优化算法，将初始结
构有限元离散成的单元映射为遗传算法种群中的个
体，每个单元映射一个 n 位二进制串，用以代表单元
第 29 卷
Vol.29
第3期
No.3
电子设计工程
Electronic Design Engineering
2021 年 2 月
Feb. 2021
基于 ANSYS 和 MATLAB 数据接口的结构拓扑优化
设计平台
李迎
（桂林理工大学博文管理学院，广西桂林 541006）
摘要：针对结构拓扑优化的实现途径，提出了一种基于 ANSYS 和 MATLAB 数据接口的结构拓扑优
关键词：结构优化设计；ANSYS；MATLAB；最优拓扑构型；软件实现途径
中图分类号：TN301
文献标识码：A
文章编号：1674-6236（2021）03-0036-06
DOI：10.14022/j.issn1674-6236.2021.03.008
Structure topology optimization design platform based on data interface of ANSYS
化设计平台。该结构拓扑优化设计平台包括结构优化、结构分析和执行优化 3 个部分：结构优化以
MATLAB 为平台编制优化算法主程序；结构分析采用主程序调用 ANSYS 的后台 Batch 模式进行辅
助计算；执行优化采用主程序调用 ANSYS 的“单元生死”模块执行单元杀死命令。使结构逐渐趋于

基于ANSYS和MATLAB的结构主动控制二次开发

基于ＡＮＳＹＳ和ＭＡＴＬＡＢ的结构主动控制二次开发
成聪
（四川大学建筑与环境学院，四川成都６１００６５）
【摘要】目前能实现主动控制算法的通用软件很少，大部分控制问题都采用自编程序进行计算。对
于复杂结构比如高层结构，采用通用软件分析的可靠度较高，因此有必要对通用软件进行再开发，使之能模拟结构的主动控制过程。文章以ＡＮＳＹＳ为基础，利用其强大的计算功能作为主体计算软件，再利用ＭＡＴ．
用软件进行再开发，使之能模拟结构的主动控制过程。本文
以ＡＮＳＹＳ为基础，利用其强大的计算功能作为主体计算软
［定稿日期］２０１４ — ０９ — ０４
［作者简介］成聪（１９９０～），男，硕士。
四川建筑
第３５卷１期
但是目前能实现主动控制算法的通用软件很少，大部分控制问题都采用自编程序进行计算。对于复杂结构比如高层结构，采用通用软件分析的可靠度较高，因此有必要对通
泛函￡极小的必要条件为：
＾ｗ／＋ ’ ＝０（、２一），
ＬＡＢ自带的主动控制算法，通过二次开发与ＡＮＳＹＳ联动，从而实现了结构有限元分析下的主动振动控制过程。文中利用ＬＱＲ主动控制理论在ＡＮＳＹＳ里面先对结构进行动力学分析得到前一个时间点的位移速度，然后把得到的位移速度导入ＭＡＴＬＡＢ里面进行主动控制力的计算，最后将ＭＡｒｒ【ＪＡＢ计算的主动控制力导入

基于MATLAB和ANSYS的悬臂梁拓扑优化

基于MATLAB和ANSYS的悬臂梁拓扑优化88-51-FB-5B-3A-66现代设计理论和方法大作业----基于MATLAB和ANSYS的悬臂梁拓扑优化指导老师：刘志刚项目组长：薛亚波项目成员：机自66学院：机械工程学院基于MATLAB和ANSYS的悬臂梁拓扑优化一、计划和任务安排表1.1学习时间安排表：1.2任务分配表：二、项目背景介绍及问题描述2.1项目背景及意义：2.1.1工程背景及基本原理：通常把结构优化按设计变量的类型划分成三个层次：结构尺寸优化、形状优化和拓扑优化。

尺寸优化和形状优化已得到充分的发展，但它们存在着不能变更拓扑结构的缺陷。

在这样的背景下，人们开始研究拓扑优化。

拓扑优化的基本思想是将寻求结构的最优拓扑问题转化为在给定的设计区域内寻求最优材料的分布问题。

寻求一个最佳的拓扑结构形式有两种基本的原理：一种是退化原理，另一种是进化原理。

退化原理的基本思想是在优化前将结构所有可能杆单元或所有材料都加上，然后构造适当的优化模型，通过一定的优化方法逐步删减那些不必要的结构元素，直至最终得到一个最优化的拓扑结构形式。

进化原理的基本思想是把适者生存的生物进化论思想引入结构拓扑优化，它通过模拟适者生存、物竞天择、优胜劣汰等自然机理来获得最优的拓扑结构。

2.1.2 本文研究意义：目前，结构优化大部分集中在尺寸设计变量(如板厚、杆的剖面积及管梁的直径)。

拓扑结构优化较尺寸优化复杂,但对于有些问题拓扑结构优化比尺寸优化有效,悬臂梁是其中的例子之一。

本文讨论悬臂梁的拓扑优化问题,围绕这一问题,怎样使结构具有最大刚度的设计占有相当重要的地位;怎样优化结构的形状使材料的分布，更加合理从而达到使结构具有最大刚度的目的是本文要研究的问题。

2.2研究现状2.2.1 理论研究现状：结构拓扑优化是近20年来从结构优化研究中派生出来的新分支，它在计算结构力学中已经被认为是最富挑战性的一类研究工作。

目前有关结构拓扑优化的工程应用研究还很不成熟，在国外处在发展的初期，尤其在国内尚属于起步阶段。

桁架结构优化的MATLAB和ANSYS联合仿真

桁架结构优化的MATLAB和ANSYS联合仿真
马学莉;杨海霞
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2014(036)012
【摘要】采用基本粒子群优化算法,对桁架结构在满足位移约束及应力约束条件下进行重量最轻优化设计.桁架杆件的应力和节点位移由ANSYS求得并传递给MATLAB编写的优化程序,经过MATLAB优化得到的杆件面积再返回给ANSYS,如此反复直至结果满足精度要求.数值算例表明将MATLAB和ANSYS联合优化应用于桁架结构优化设计是有效可行的.
【总页数】3页(P69-71)
【作者】马学莉;杨海霞
【作者单位】河海大学工程力学系,南京210098;河海大学工程力学系,南京210098
【正文语种】中文
【中图分类】TU311.41
【相关文献】
1.基于Matlab和ANSYS的钢管桁架结构优化设计 [J], 秦林肖;潘颖
2.基于Matlab与Ansys联合仿真平台的空气压缩机减振分析 [J], 杜帅妹;周劲松;凌太波
3.联合Ansys与Matlab进行钢箱梁顶推施工过程仿真优化 [J], 李传习;王俊;董创文;张玉平
4.基于Ansys Workbench有限元分析的桁架结构优化设计分析 [J], 褚帅;张春光;李上青;张俊峰;安磊;杨煜兵;刘佳慧
5.基于MATLAB和ANSYS联合仿真的罐车寿命预测 [J], 辛天佐;李守成
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使用MATLAB与ANSYS的工字型截面优化设计

水工结构优化设计作业姓名：学号：指导老师：年级：2014/6/15水工结构优化设计 2014重庆交通大学·河海学院主讲教师：李怡个人作业1某钢结构引桥主梁的计算图示可采用下图左中的简支梁。

其断面如下图右所示对称工字型组合截面，腹板与翼板件间用焊缝连接。

该梁承受均布荷载10kN/m. 图中L = 24m, t = 30mm, δ=16mm. 假设断面尺寸沿L不变。

1.这种设计在实际工程实践中通常考虑哪些约束条件？（5分）2.以最小化梁总重量为目标，对b和h进行优化设计。

主要考虑两个约束条件：跨中最大弯曲应力不大于钢材屈服强度（钢材屈服强度自定）；跨中最大挠度不大于L/200。

请采用任意数学优化方法求解，并提供计算过程。

（可借助通用编程语言，如MatLab, C, C++, VB, FORTRAN等。

如采用编程语言，请提供具体语句。

）（10分）3.用任意通用优化软件（如MatLab 优化工具箱、LINGO、Excel Solver等）求解2.中的优化设计问题。

要求提供程序语句和运算结果。

（5分）4.用ANSYS 优化工具求解2.中的优化设计问题。

（5分）ANSYS的优化工具可参考：●《ANSYS 11.0 结构与热力学有限元分析—实例指导教程》（王建江等编著，机械工业出版社，2008）●《基于有限元法的结构优化设计—原理与工程应用》（梁醒培、王辉著，清华大学出版社，2010）可合理采用各种假设，并请明确说明。

第17周周1课上提交。

占总成绩25%。

答： 1.(1) 满足强度条件 ①满足抗弯强度《规范》规定，仅在弯矩x M 作用下，梁的抗弯强度按下式计算xx nxM f W γ≤ 式中 x M ——绕x 轴的弯矩；nx W ——对x 轴的界面模量；x γ——截面塑性发展系数，对工字形截面取 1.05x γ=，承受动力荷载时取1.0x γ=。

f ——钢材的抗弯强度设计值。

②满足抗剪强度对于工字形截面，其最大剪应力在腹板中性轴处，梁的抗剪强度需满足下式：v wVSf It τ=≤ 式中 V ——梁的剪力设计值； I ——毛截面惯性矩；S ——计算剪力处以上（或以下）部分对中性轴的面积矩； w t ——计算剪应力处的截面宽度； v f ——钢材的抗剪强度设计值。

基于ANSYS的结构优化设计方法

ωL 1
≤ω1
≤ωU1
( 12 )
因此 ,不但要对结构进行静力分析 ,还要进行模态分析
并判断其一阶固有频率是否满足式 ( 12) 。利用 ANSYS经过
44次迭代 ,得到较理想的结果。优化过程如表 4所示。
(下转第 150页 )
四川建筑第 29 卷 3 期 200 9. 0 6
147
·工程结构 ·
【关键词】结构优化 ; 桁架系统 ; 动力优化
【中图分类号】 TU311. 41 【文献标识码】 B
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。如何在保证结构安全的情况下 ,减少钢材用量 ,降低成本 ,这正是本文研究的意义所在。结构优化设计是在满足各种规范或某些特定要求的条件下 ,使结构的某种指标 (如重量、造价、刚度或频率等 )达到最佳的设计方法。该方法最早应用在航空工程中 ,随着计算机的快速发展 ,很快推广到机械、土木、水利等工程领域。它的出现使设计者从被动的分析、校核进入主动的设计 ,这是结构设计上的一次飞跃 [1 ] 。ANSYS作为大型工程计算软件 ,其模拟分析功能非常强大 ,掌握并使用 AN2 SYS对结构进行模拟、计算、优化 ,对提高材料利用率、减少成本 ,是很有效的。
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59. 2 41. 9 26. 1 0. 01 0. 08 0. 28 0. 17 31. 6 262
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当前比较成熟的各种遗传操作算子，借助它可以方便地完成各种问题的优化。为使遗传算法更高效的应用于结构优化设计，研究了在ＭＡＬＢ中调用ＡＳＳ的方法，ＴＡＮＹ实现了ＭＡＬＢ与ＡＳＳ的数据传递，ＴＡＮＹ并
用该方法对一钢框架结构进行了优化设计，验证了此方法的可行性。关键词：遗传算法；优化设计；ＮＹ；ＴＡＡＳＳＭＡＬＢ
Ａｂｓｒｃ：ｈｅｅｅｉａｇｒｔｍｓｏｅｋｎｆｉｔｌｇｎｐｉｚｄａｇｒｔｍｉｈｅｅｏｓｔａｔＴｇｎｔｃｌｏｈｉｎｉｄｏｎｅｌｅｔｏｔｍｉｅｌｏｈｗｈｃｄｖｌｐｉｉｉ
ｓｂｌｙｏｈｓｍｅｈｄ．ｉｉｉｆｔｉｔｏｔＫｅｒｓ：ｅｅｉｌｏｔｍ；ｐｉｙｗｏｄｇｎｔｃａｇｒｈｏｔｍｕｍｅｉｎ；ｉｄｓｇＡＮＳＹＳ；ＭＡＴＬＡＢ
伴随着数学、力学和计算机的发展，结构优化设计也逐渐发展、熟起来。ＡＳＳ是最早开发成ＮＹ
ｇａｕｌｎｒｃｎｅｒ．ＩｈｓｓｒｎｖｒｌｓｔａｉｎｓａｃｂｌｙＩａｓａｏｖｓｒｄａｌｉｅｅｔｙａｓｔａｔｇｏｅａｌｉｔｅｒｈａｉｔ．ｔｌｏｃｎｓｌｅｍｏｔｙｏｕｏｉｐｏｌｍｓｏｅｏｔｚｔｎｏｅｅｇｎｅｎ ¨－ｅｃｅｔｎｃｕａｅｙｔｒｕｈｔｅｃｍｂ－ｒｂｅｆｔｐｉａｉｆｈｎｉｅｒｇｈｍｉｏｔｉ３ｆｉｎｌａｄａｃｒｔｌｈｏｇｈｏｉｊｉｙ
Ｓ．Ｔｅｅｕｅｉｐｉｍｅｉｎｍｅｈｄｏｔｅａｔｃｕｅ，ｎｅｉｅｅｆａＹＳｈｎｗｓｄｔｓｏｔｈｍｕｄｓｇｔｏｎａｓｌｒｍｅｓｕｔｒａｄｖｒｉｄｔｅ－ｅｆｒｔｈ
ｎｔｎｗｉｈ．ＴｈｒｒａｉｔｓｏｔｒｅｅｉｐｅａｏｓｉｅｒｔｄｉｈｅｔｃａｇｒｔｍａｉｔｏｅｅａｅｖｒｅｉｆｍａｕｅｇｎｔｃｏｒｔｒｎｔｇａｅｎｔｅｇｎｅｉｌｏｈｅｉｔｏｂｘｏｈｏｌｏｆｔｅＭＡＴＬＡＢ，ａａｏｎｄｗｅｃｎｃｍｐｌｔａｅｙｏｐｉｚｔｏｒｂｅａｉｙｔｒｕｈｉ．ｅｅｖｒｔｆｏｔｉｍｉａｉｎｐｏｌｍｓｅｓｌｈｏｇｔＩｒｅｏｍａｅｔｅｇｎｔｃａｇｒｔｍｐｐｙｔｐｉｎｏｄｒｔｋｈｅｅｉｌｏｈａｌｏｏｔｍｕｍｔｕｔｒｌｄｓｇｉｓｒｃｕａｅｉｎ，ｗｅｓｕｉｄｔｅｍｅｈ－ｔｄｅｈｔ０ｆｃｌｉｇＡＮＳｎＭＡＴＬｄｏａｌｎＹＳｉＡＢ．ａｏｌｔｄｔｅｄｔｒｎｆｒｂｅｗｅｎＭＡＴＬＡＢａｄＡＮ－ｎｄｃｍｐｅｅｈａａｔａｓｅｔｅｎｆｅｈｏｇ，ａａｉｎｎ１０４Ｃｉａ．ａｕｙｏｆｔｃｒｎｉｅｒｇＤｌｎＵｉｓｙｏｃｎｌｙＤｌｎＬａｉｇ１６２，ｈｎ）ＩａｒｕｉｉｅｉＴｏｉｏ
第１３卷第３期２１年５月０１
大连民族学院学报
ＪｕｎｌｆＤａｉｎＮｔｎｌｉｓＵｉｅｓｔｏｒａｌａｉａｉｅｎｖｒｉｏａｏｔｙ
Ｖｌ１Ｎｏ３ｏ＿３．．
Ｍａｙ２０１１
文章编号：０９— １Ｘ（０１００８０１０３５２１）３— ２４— ４
中图分类号：Ｕ９Ｔ３１文献标志码：Ａ
ＯｐｔｍｕｔｕｃｕａｓｇｓｄｏＡＴＬＡＢｎＡＮＳｉｍＳｒｔｒｌＤｅｉｎＢａｅｎＭａｄＹＳ
ＳＯＮＧｎｇ—ｗｅ，ＵｏＨｏｉＬＩＨａ
（．ｅａｔｅｔｆｉｌｎｉｅｒｇＤｌｎＮｔｎｌｉｎｖｒｉ，ａｉｉｏｉｇ１６０，Ｃｉａ１Ｄｐｒｎｏｖｇｅｎ，ａａａｏａｔｓＵｉｓｙＤｌｎＬａｎ１６５ｈｎ；ｍＣｉＥｎｉｉｉｉｅｅｔａｎ
基于ＭＴＡＡＬＢ与ＡＳＳ的结构优化设计ＮＹ
宋宏伟刘浩，
（．１大连民族学院土木建筑工程学院，宁大连１６０；辽１６５２大连理工大学建设工程学部，宁大连１６２）．辽１０４
摘要：遗传算法是近些年逐渐发展起来的一种智能的优化算法。ＭＡＬＢ中的遗传算法工具箱集成了ＴＡ