基于有限元分析的结构优化设计方法的研究
务Ｉ 匐 化
基于有限元分析的结构优化设计方法的研究
Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＥＡ
李曼丽，杨志兵
ＬＩ Ｍａｎ．¨．ＹＡＮＧ Ｚｈｉ—ｂｉｎｇ （北京理工大学机械与车辆学院工业工程研究所，北京１０００８１） 摘要：提出一种新的结合有限元分析和参数化建模的结构优化设计方法，并利用单参数分析和多参数 分析进行阐述。在该方法中，首先建立产品的参数化ＦＥ模型，实现修改参数后自动更新产品 模型并进行计算；其次利用二次开发设计用户界面，通过单参数分析评价各参数对产品结构 性能的影响程度，通过多参数分析在修改两个参数的条件下，基于权衡研究找出产品结构最 佳优化方案；最后提出一种根据权重评价多参数修改条件下的设计方案的思路。 关键词：结构优化设计；有限元分析；参数化ＦＥ模型 中图分类号：ＴＨ１ ２２；ＴＰ３９１．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ００９—０１ ３４（２０１ ３）０９（下）一０１ ２３—０４ Ｏｏｉ：１ ０．３９６９／Ｊ．Ｉｓｓｎ．１ ００９－０１３４．２０１ ３．０９（下）．３７
０引言
如今，竞争日趋激烈的环境迫切需要企业快
速开发出高质量的产品，为了在降低成本同时改
善产品的性能，对产品进行结构优化设计是具有
实际意义的。结构优化是在满足最优结构性能时
能自动生成机械零件设计的一种方法，它能够在
成本较低的情况下满足设计要求。最优结构性能
可能是产品的质量较轻或者便于操作者使用 。
在过去的一段时间内，很多学者对机械产品
如液压挖掘机、飞机零件等的结构优化设计做了
一些研究口 ，验证了有限元分析（ＦＥＡ）在分析产
品结构性能时所体现的重要意义的意义。ＦＥＡ是
对已知工作载荷和边界条件下的结构强度计算的
最强大的一门技术。随着并行工程以及ＤＦＸ技术
的发展，ＦＥＡ已成为设计过程中的关键步骤。最
初ＦＥＡ只是用来在设计最后验证设计的合理性，
现在已经应用到设计整个过程，尤其是在上游设
计阶段 。 然而，传统用于结构优化的ＦＥＡ技术需要花
费大量的时间，不能满足快速响应的需求，因此 关于ＦＥＡ的进一步的研究目前引起了学术界的注
意。Ｑｉａｏ Ｌ．Ｈ．等提出了一种基于工程仿真的混合
优化设计方法，并以钳臂为例进行验证该方法 。
通过总结前人的研究成果，其中一些研究也提出
了参数建模方法，可以有效减少设计时间，并提
高设计质量。Ｌｉｕ Ｚ．Ｃ．等同归对ＶＣ＋＋和ＡＮＳＹＳ的 ＡＰＤＬ语言进行结合开发，完成了ＹＪ３２液压机下梁 的有限元优化设计 。基于有限元分析和参数化建
模这两个基本理论，本文提出了一种结构优化设
计方法，可以帮助设计者短时间内找出产品的最
优设计，最后以电焊钳钳臂为例验证该方法的有
效性。
１基于ＦＥＡ的强度分析
强度是产品设计过程中最基本的设计要求，
为了测试产品是否能够承受工作载荷，需要进行
有限元分析得到最大应力和最大位移，并与产品
所用的材料性能进行比较。另外，设计者可以考
虑采用加强筋或加强套，或者改变关键尺寸来提
高产品的强度。通常情况下，有加强筋的钳臂可
以承受更大的负载，直径尺寸大一些的使用寿命
较长，但同时重量也增大，因此设计者要对强度
和重量进行权衡，找到最优设计。强度分析被广
泛用于获得特定负载条件下的结构的最佳强度／重
量比。
Ｚｈａｎｇ Ｂ．等利用ＦＥＡ技术，通过参数研究方法
分析内燃机的气缸盖直径这一关键参数，验证了气
缸盖的结构设计中存在一个理想的参数匹配点 。参
数和最大应力之间的匹配关系有助于产品设计。
本文从两个方面阐述了一种新的结构优化设计方
法：单参数分析和多参数分析。
１）单参数分析
产品结构的很多参数都会影响结构性能，并
且影响的程度不同。因此，可以通过单参数分析
方法找出相对重要的影响参数。在固定其他参数
收稿日期：２０１３－０５－２１ 作者简介：李曼丽（１９９０一），女，河南周口人，硕士，研究方向为ＣＡＤ／ＣＡＥ。
第３５卷第９期２０１３—０９（下）
［１２３］ 务ｌ 匐 出
的时候修改其中一个参数的值，可以得出一系列
的强度分析结果，通过分析结构的趋势来判断该
参数的重要性。例如，当钳臂的长度以５０ｍｍ的间
距变化时，钳臂的最大应力和位移发生明显的改
变，因此，长度是影响钳臂结构的一个重要的参
数。类似地，可以判断其他参数的重要性，并给
出权重。
２）多参数分析
更多的时候，产品结构设计时往往会同时考
虑两个或更多的参数，可以称为一个组合。因
此，可以通过同时修改一组参数的值得出强度分
析结果，找出满足设计要求的相对优化的设计。
另外，设计人员在经验积累的基础上，往往会采 用一些固定参数组合，如钳臂的直径和握杆直径
在设计过程中是一一对应的。基于经验的设计并
没有经过验证，其实用性不一定可靠，因此可以
通过多参数分析，同时修改这两个参数，得出若
干组合，经过分析得出相对优化的组合。
２ ＦＥ模型的建立
有限元建模是有限元分析的关键部分，只有
当ＣＡＤ模型建立之后才能开始结构的有限元分
析。ＣＡＤ模型不能直接用来进行有限元分析，当
导入￣ＩＪＣＡＥ分析平台之前还需要进行几何模型简
化包括特征简化、特征抑制和特征删除。通过参
数化ＣＡＤ模型生成ＦＥ模型是非常重要的部分 】。
传统的有限元分析过程包括：几何模型的建
立，几何模型的简化，单元网格划分，边界条件
及载荷处理，计算模型，分析结果。在优化设计
过程中，前四个过程都是重复的，每一次修改模
型都需要重复工作，浪费了大量的时间。参数化
有限元建模技术在模型修改频繁的设计过程中具
有很大的作用，ＣＡＤ模型的几何特征都被赋予特
定的参数，只要修改这些参数就能够实现模型的
自动更新，避免了结构优化过程中一个个修改特
征并进行前处理造成的时间浪费，同时也提高了
模型质量 。
要实现结构优化，设计者必须找出影响结构
设计的主要参数，优化方法高度依赖于用户自定
义参数。首先，分析产品的结构模型并提取出特
征尺寸，包括驱动尺寸和从动尺寸，都影响着产
品的结构；其次，根据特征尺寸定义参数，利用
公式把尺寸与用户自定义参数关联起来；最后，
创建规则与检查，基于过去的经验和知识避免不
【１２４１ 第３５卷第９期２０１３—０ｇ（下） 合理的设计，如钳臂的直径一般是４５－６０ｍｍ，间
隔为５ｍｍ。
如图１所示，对钳臂模型进行参数化，并编
辑参数、特征尺寸、规则等，生成参数化模型，
然后进行特征清理、网格划分以及边界条件处理
生成ＦＥ模型。其中，参数化模型中很多细节是有
限元分析中所不需要的，如冷却水管、０型圈等
零件以及小孔、槽、倒角等特征，对分析结果没
有多大影响，却增加了分析复杂程度，应该进行
清理。当修改用户自定义参数时，ＦＥ模型自动更
新，节约了ＦＥ建模时间。
３结构优化设计方法流程
在结构优化设计过程中，模型需要频繁修改 并分析。传统的方法需要不断地从ＣＡＤ平台切
换￣ＩＪＣＡＥ平台，花费很多时间，并且参数化建模
技术使得修改参数时能自动更新模型，但是一个
个手动操作比较繁琐，自动化程度较低，因此，
期望设计时能在一个平台上进行所有的操作。通
过二次开发设计面向对象的界面，实现设计自动
化。本文介绍的新的优化设计方法，１）可以快速
生成有限元分析模型；２）可以批量分析给定参数
范围内的模型；３）根据分析后的数据作图分析，
确定最优设计方案。该方法与传统方法的流程的
对比如图２所示。
通过对比可以看出，传统的优化设计方法，
每一个设计周期都要在ＣＡＤ和ＣＡＥ平台上切换，
在新的优化设计方法中，所有的操作都可以在所
开发的优化设计平台上进行；在“计算”步骤，
传统方法只能得到一个结果，新方法中可以生成
给定参数范围内的所有组合的有限元模型分析的结
果；传统方法一次分析一个结果，根据以往的数据
进行对比，如果结果丢失只能重新计算，新方法可
以自动生成ＥＸＣＥＬ表，并把结果绘制成折线图，方
便对比并保存，避免了设计过程中的重复建模。 通过二次开发技术开发结构优化设计界面，
实现自动分析代替手动操作；另外，参数化有限
元模型在本方法中也是必不可少的因素，这两个
方面是实现本文提出的新优化设计方法需要完成
的任务。
４实例验证
以电焊钳钳臂为例验证该方法，电焊钳是用
于汽车白车身焊接的一种设备。传统的钳臂设计 务ｌ 匐 似
ａｎｇｌｅ＝０。，ｂｅｎｄｉｎｇ ａｎｇｌｅ一１＝１ ｌ５。，ｂｅｎｄｉｎｇ
ａｎｇｌｅ ２＝１ ２０。，然后选择“Ａｒｍ Ｔｙｐｅ”和 “Ｒｉｂ”两个参数进行多参数分析，将会计算ｌ２种
钳臂模型，有加强筋的６种钳臂直径模型和没有加
强筋的６种钳臂模型。计算结果自动生成两个折线
图，如图４所示，其中，Ｓｔｒｅｓｓ１、Ｄｉｓｌ和Ｍａｓｓ１￣ｔ
别代表有加强筋的钳臂的最大应力、最大位移和
重量，类似地，Ｓｔｒｅｓｓ２、Ｄｉｓ２和Ｍａｓｓ２分别代表无
加强筋的钳臂的最大应力、最大位移和重量。
根据分析结果，可以找出给定载荷下满足强度
要求的最优方案，尽量是承受最小的应力和位移。
钳臂重量也是直接影响产品结构性能的一个因素，
一般来说，重量越轻越好。在综合对比这些因素
时，可以做一个权衡研究从而找到最合适的设计。
根据钳臂采用的材料，屈服强度为３８０ＭＰａ，
从图４（ａ）中可以看出，无加强筋的Ｔ２、Ｔ４和有
加强筋的Ｔ５是符合要求的设计，另外，允许的最 大位移为４ｍｍ，从图４（ｂ）中看出Ｔ２不能满足唯
一要求，另外，无加强筋的Ｔ４比有加强筋的Ｔ５
轻，因此，在本文研究情况下的最优设计是无加
强筋的Ｔ４类型钳臂。
（ａ）最大应力折线图（ｂ）最大位移折线图
图４ 由优化设计界面得到的分析结果
另外，还可以找出每种钳臂对应的可以承受
外力的范围；并且根据两个因素的同时分析，找
到给定条件下的最佳参数组合。当然，在结构优
化设计时一般都会考虑多种因素，因此，可以对
这些关键因素都赋予权重，然后加权综合评价这
些方案，从而得出最优方案。参数的权重可以通
过但参数分析，逐一修改单个参数如弯折角度、
钳臂宽度等，找出影响强度结果的关键因素，并
进行排序赋予权重。值得一提的是，这些数据并
不是一次性的，都可以存到知识库中为后续的设
计提供指导。
５结论
本文提出了一种结合有限元分析和参数化建
模的结构设计方法，并提出了单参数分析和多参
［１２６］ 第３５卷第９期２０１３一ｏｇ（下） 数分析进行结构优化。首先可以实现修改模型的
特征参数时，有限元模型自动更新；其次，能够 计算和重量值；最后，单参数分析能够计算该参
数设置范围内的强度分析结果，包括最大应力、
最大位移，可以评价该参数对结构强度性能的影
响程度；多参数分析可以同时分析两个参数，自
动计算两个参数多种类型的组合，并运用权衡研
究选择最佳方案。
该方法以电焊钳钳臂为例验证了其原理的正
确性，因此可以适用于优化大多数机械产品，节
省设计时间，提高设计效率，并且为后续的设计 提供指导。该方法比那些只利用有限元分析进行
结构优化的研究更有效率。
当然，在寻找最优设计时还需要考虑其他因
素，因此本文提出了一个新的思路，是根据单参
机械设计的有限元分析及结构优化
机械设计的有限元分析及结构优化
摘要：有限元分析是机械设计中重要的工具，能够模拟材料和结构，通过将复杂的实际结构，离散成有限数量的元素，并利用数值计算方法，评估结构的各方面性能。但是，进行有限元分析，并不能保证最优的设计，因此需要进行结构优化。通过调整设计参数，寻找最佳的几何形状或材料分布，以满足给定的性能指标和约束条件。基于此，探讨有限元分析和结构优化的相关内容，提出了以下观点，仅供参考。
关键词：机械设计；有限元分析；结构优化
引言：
有限元分析是一种重要的数值仿真方法，通过将复杂结构，离散为有限数量的小单元，可以对其进行力学行为和性能的模拟与评估。结构优化则旨在通过调整材料、形状和布局等参数，以最大限度地提高结构的性能和效率。有限元分析技术，在机械设计中的应用，涵盖材料力学、热力学、流体力学等方面的问题，因此需要进行深入的研究，以促进机械设计的发展和创新。
一、项目概况
某公司是一家制造工程设备的企业，正在开发一种新型的机械设计。为了确保该机械设计在使用过程中的安全性、可靠性和效率，最后决定利用有限元分析和结构优化，来进行设计验证和改进。通过有限元分析软件对新型的机械设计，进行模拟和分析，以评估其在不同情况下的变化数据。这可以帮助确定机械设计构中的薄弱点和缺陷，并指导后续的优化工作。
二、机械结构静力学分析
（一）有限元方法运用 有限元方法通过将结构离散化为许多小的单元，对每个单元进行分析，并将其连接起来形成整体结构，来研究机械结构的力学行为。有限元方法的关键步骤包括以下几个方面：第一，将机械结构离散化为许多小的单元，以便更好地进行分析。这些单元可以是三角形、四边形或其他形状的网格单元。第二，在进行离散化后，需要选择适当的位移插值函数，来描述每个单元内部的位移变化。常见的插值函数有线性插值函数和二次插值函数等。第三，利用所选的位移插值函数，可以通过解决每个单元内部的应力方程，来计算单元的力学特性，如应力、应变和变形等。第四，在分析单元之后，需要将单元间的力传递到节点上，以建立整体结构的模型。第五，在计算等效节点载荷后，可以将节点连接起来形成整体结构，并进行整体分析。第六，进行整体分析。在进行整体分析时，需要考虑位移边界条件，即约束条件[1]。
基于ANSYS吊车支撑梁的分析设计及优化研究
基于ANSYS吊车支撑梁的分析设计及优化研究
ANSYS是基于有限元理论的大型通用有限元分析软件。它广泛应用于工程设计、结构仿真、材料分析、热力学分析等领域。在工程设计中，吊车支撑梁作为一个承受重载的重要结构零件，需要经过分析设计及优化研究，确保其高效、安全、可靠。
通过ANSYS分析，在进行吊车支撑梁设计时，需要首先建立模型。模拟吊车支撑梁几何尺寸、材料性质以及负荷情况等，生成三维有限元模型。同时，需要确定边界条件，包括支撑条件、连接方式、边缘约束等。然后通过加工工艺处理模型进行悬挂，获得吊车支撑梁的负荷合理分布。
在分析设计和优化研究方面，ANSYS提供了多种解决方案。其中，结构力学分析是最常用的分析方法。它能够模拟材料弹性、塑性、损伤和破坏等现象，并计算出各种应力、位移、变形等物理量。通过仿真分析，可以评估吊车支撑梁的强度、刚度、稳定性等性能指标，为后续优化研究提供基础。
优化研究的目标是通过改变设计参数，提高吊车支撑梁的性能，降低成本，减少材料浪费等。ANSYS提供了一系列的优化工具，包括灵敏度分析、优化算法、参数化设计等。在吊车支撑梁的设计优化中，可以利用其中的优化算法，通过最大化性能、最小化成本等目标函数，自动寻找最优解。同时，可以通过参数化设计，设置设计变量进行批量优化研究，以寻找全局最优解。
在吊车支撑梁的分析设计及优化研究中，ANSYS是重要的工具。它不仅提供了准确的仿真分析，而且提供了强大的优化研究功能，为用户节约了时间和成本，帮助设计者更好的实现优化设计。数据分析是管理和决策过程中的重要工具。在日常生活和商业领域中，收集和分析数据可以帮助我们获得有关趋势、模式和行为的深入理解。以下是一些相关数据及其分析。
1. 消费者调查数据
消费者调查数据是管理营销战略的关键工具。其中最重要的指标是消费者满意度。通过分析这些数据，可以了解顾客对产品或服务的评价，可以帮助商家制定改善产品或服务的策略。另外，还可以了解产品或服务所占市场份额，这可以为商家的营销战略提供依据。
基于有限元法的结构优化与灵敏度分析_马迅
收稿日期:20010829作者简介:马 迅(1966-),女(汉),江苏,硕士E2mail:liweim@public.sy.hb.
cn马 迅文章编号:100328728(2002)0420558204
基于有限元法的结构优化与灵敏度分析
马 迅1,过学迅2,赵幼平3,闵晓炜3
(1湖北汽车工业学院,十堰 442002;2华中科技大学,武汉 430074;3东风汽车工程研究院,十堰 442001)
摘 要:探讨了用有限元法进行结构优化与灵敏度分析的一般思路;介绍了优化与灵敏度分析的基本理论及利用I2
DEAS软件进行优化的过程。以某轻型客车的车架为例,选弯曲刚度、扭转刚度和一阶扭转频率为性能约束,根据灵
敏度分析结果,按高刚度、轻质量的要求,选择出有效的设计变量进行了重量最轻或性能最优的结构优化,并得出相
应的结论。
关 键 词:有限元法;优化;灵敏度分析;车架
中图分类号:TH132 文献标识码:A
StructuralOptimizationandSensitivityAnalysisBasedonFiniteElementMethod
MAXun1,GUOXue2xun2,ZHAOYou2ping3,MINXiao2wei3
(1HubeiInstituteofAutomotiveIndustry,Shiyan442002;2HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074;3DongfengInstituteofAutomotiveEngineering,Shiyan442001)
Abstract:Inthispaper,thegeneralmethodofstructuraloptimizationandsensitivityanalysisbasedonthefiniteele2
mentmethodispresented.Thebasictheoriesaboutstructuraloptimizationandsensitivityanalysisareintroduced.
有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化中的应用
有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化中的应用
1. 本文概述
本文旨在深入探讨有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）在现代工程机械钢结构设计与结构优化过程中的关键作用及其实际应用价值。随着计算机技术和数值模拟方法的发展，有限元分析已经成为工程领域不可或缺的重要工具，尤其在解决复杂钢结构的力学行为、承载能力评估、疲劳寿命预测以及结构优化设计等问题上具有显著优势。
在工程机械钢结构的设计阶段，有限元分析能够精确模拟构件在各种载荷条件下的应力分布、变形状态和稳定性特征，从而帮助设计者在产品开发初期就对结构性能进行预估和改进。同时，通过开展细致的有限元仿真研究，可以对潜在的局部薄弱区域进行识别，并据此进行针对性的结构强化设计。
本文将系统介绍有限元分析的基本原理及其在工程机械钢结构领域的具体应用步骤，结合实例阐述如何利用有限元法实现结构静力分析、动力学分析、热力学分析以及多物理场耦合问题的研究。还将探讨借助高级优化算法与有限元软件平台相结合的方法，实现工程机械钢结构的轻量化、功能化与成本效益最优化设计策略，以期推动该领域的技术进步和产业升级。
2. 有限元分析的理论基础
有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）是一种数值计算方法，它通过将一个复杂的结构分解成许多小的、简单的、形状规则的单元（有限元），并对这些单元进行局部的分析，来近似求解整个结构的响应和行为。
有限元分析的基本原理是将连续体划分为有限数量的离散单元，每个单元内部的物理行为可以通过局部的近似函数（形函数）来描述。通过组装这些局部近似函数，可以得到整个结构的全局近似解。
形函数是有限元分析中的核心概念，它定义了单元内部的位移或温度等物理量的分布情况。插值是通过有限个已知点（节点）的函数值来构造一个连续函数的过程。在有限元分析中，形函数通常采用多项式函数，如线性、二次或三次插值。
基于有限元分析的节能车车架结构优化设计
第３０卷第１０期
２０１３年１Ｏ月 计算机应用与软件
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｖｏ１．３０ Ｎｏ．１０
Ｏｃｔ．２０１３
基于有限元分析的节能车车架结构优化设计
李 晓朱迅管小清
（北京电子科技职业学院北京１０００２６）
摘要 针对节能车结构设计中减轻重量与减小变形相矛盾的现状，通过ＡＮＳＹＳ对两种不同车架结构进行受力和变形分析，用
Ｏｒｉｇｉｎ绘制出变化曲线，总结应力和变形规律，比较两种结构设计的性能差异，分析得出改进后的方案在重量减轻的情况下，在许用 应力范围内，应力分布更合理，变形更小。实验结果充分证明了结构设计的合理性和可行性，对今后节能车优化设计有一定指导 意义。
关键词 节能车 结构设计ＡＮＳＹＳ应力
中图分类号ＴＰ３９９ 文献标识码Ａ 形变
ＤＯＩ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１０００－３８６ｘ．２０１３．１０．０２７
ｏＰＴＩＭＩＳＥＤ ＤＥＳＩＧＮ ｏＦ ＦＲＡＭＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ｏＦ ＥＮＥＲＧＹ．ＳＡＶＩＮＧ ＶＥＨＩＣＬＥＳ
ＢＡＳＥＤ ｏＮ ＦＩＮＩＴＥ ＥＬＥＭＥＮＴ ＡＮＡＬＹＳＩＳ
Ｌｉ Ｘｉａｏ Ｚｈｕ Ｘｕｎ Ｇｕａｎ Ｘｉａｏｑｉｎｇ． （Ｂｅｉｆｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｂｅｉｊｉ￣ｇ １０００２６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｌｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｉｎ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ
ｗｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｗｅ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｎ ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｂｙ ＡＮＳＹＳ，ｕｓｅ Ｏｒｉｇｉｎ ｔｏ ｄｒａｗ ｔｈｅｉｒ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ＣＵｌｖｅｓ．ｓｕｍｍａｒｉｓｅ ｔｈｅ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ．ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｅｅｓ ｏｆ ｔｗｏ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎｓ．Ｗｅ ａｎａｌｙｓｅ ａｎｄ ｃｏｎｃｌｕｄｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｃｈｅｍｅ ｈａｓ ｍｏｒｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｅｓｓ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ
汽车举升机结构有限元分析及优化设计
条件的制约，与欧美日等西方国家比较，还存在着一段的差距。目前，我国
有限元法也广泛地应用于航空航天、机械、船舶、土木建筑、机电工业、铁
道交通、轻工、地质等领域，许多研究处于世界前列。在有限元通用程序方
面，由于我国计算机发展条件的制约，与欧美日等西方国家比较，还存在着
一段的差距。随着我国经济的增长，科学技术现代化的迫切需要，加之有限
元方面的专家和学者不懈努力，这种局面正在逐步改善。特别是近年来，我
国汽车行业引进了一些大型的有限元分析软件和ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ软件用于
零部件的设计和计算【２１，２２］，极大地促进了有限元分析技术在汽车行业的运
用，但在整车有限元分析方面，国内尚没形成一致的计算方法。
随着社会的进步，特别是７０年代能源危机以来，新的高强度材料、制造
工艺和新的结构设计不断地投入使用又要求能及早发现材料、工艺和设计中
的弱点，进行优化改进。
从经济上考虑，在产品的开发和试验过程中，尽量降低时间消耗、缩短
产品开发周期，使产品及早投放市场也是十分必要的。如果能够在产品开发
的设计初期就能够预测出产品的结构强度和整车稳定性，那么这将在一定程
度上促进产品的进一步开发研制，减少时间耗费。另外，如果仅仅依靠试验
后的数据，则需要在不同的加载条件下进行试验，这需要花费很长的一段周
期，在经济上和效率上都是不合算的。所以在设计阶段即能预测出整机的性
能是极其必要的。
１．３主要研究内容
根据中华人民共和国交通行业制定的汽车举升机标准ＪＴ／Ｔ１５５．２００４，本
文利用有限元技术对ＢＬ－２３５０型双柱举升机进行结构分析，主要研究内容包
括以下五个方面：
（１）利用Ｐｒｏ／Ｅ软件建立双柱举升机三维参数化实体模型：
（２）利用Ｐｒｏ／ＭＥｃＨＡＮＩｃＡ软件分别对双柱举升机总成在不同的工况下
进行强度分析；
（３）对模型的计算结果进行分析，评价其结构性能：
（４）利用Ｐｒｏ／ＭＥｃＨＡＮＩｃＡ软件对双柱举升机进行模态分析：
（５）根据计算结果对双柱举升机结构进行改进优化设计。第２章双柱举升机三维设计
煤化工金属硬密封球阀有限元分析及结构优化设计分析
煤化工金属硬密封球阀有限元分析及结构优化设计分析
摘要：文章结合煤化工的基本情况，对煤化工金属硬密球阀的有限元分析展开研究，在有限元分析之后，实现对结构的优化设计，提高煤化工金属硬密球阀的服务能力，使之满足相应工业生产的需求，推动煤化工行业的稳定健康发展。
关键词：煤化工；金属硬密球阀；有限元分析；结构优化设计
在煤化工行业发展中，为了满足煤化工的发展需求，要对煤化工工作中的相应器件进行控制，其中金属硬密球阀是煤化工工艺中的重要器具，为了提高金属硬密球阀的功能，要对其展开有限元分析，经过分析后，对结构优化设计进行分析，提高煤化工金属硬密封球阀的功能和作用，推动煤化工行业的健康发展。基于此，文章以煤化工金属硬密封球阀为研究对象，对其的有限元分析进行研究，再对结构优化设计进行分析，提高其的服务能力，促使煤化工的相关工作能顺利进行。
1.煤化工金属硬密封球阀的相关研究
金属硬密封球阀在煤化工工艺中，具有较高的应用价值，其可以用在介质在油、气、水的基础上，再增加煤粉、煤渣、渣浆等高粘性和高硬度的固体颗粒中。在工作时，可用于煤气化的装置中。而且其还可以用于此类介质球阀使用一段时间后，比较容易出现卡顿或是开关不到位的情况，甚至还会有内漏的问题，直接影响金属硬密封球阀的功能和作用。甚至还会有执行器的持续输出能给球阀整体的操作带来影响，导致破坏的情况发生，甚至会影响球阀的功能。
在金属硬密封球阀工作中，可能会受到一些因素的影响，导致金属硬密封球阀的工作受到影响。 1）内漏。内漏是金属硬密封球阀常见的问题，其主要是因为工艺介质的性质、运行条件、密封副涂层材料等因素，都可能引起内漏的情况发生。如果副涂层的选取不合理，也可能导致开关过程中，密封面之间出现严重拉伤的情况。另外，如果上下游相对压差相对较大，就可能导致流通间隙相对较小，流速相对较快的，会导致球阀开关出现频率不断增加的情况，引起球阀内漏的情况出现。
2）卡顿和开关不到位。这种情况，主要是因为密封面拉伤、固体颗粒介质在阀腔内堆积，还可能因为相关部件的设计不合理，也就影响金属硬密封球阀的服务作用。甚至还会有开启压差较大，且温度较高，容易引起密封面摩擦相对较大的情况，开关所需的克服的摩擦力所做的功大部分转化为热能，也就引起密封面温度提升，如此会造成附着磨损和氧化磨损的情况发生。再加上开关次数的增加，就容易引起密封面出现拉伤的情况，进而会造成开关出现卡顿的状况。
摩托车车架的有限元分析及结构优化研究的开题报告
摩托车车架的有限元分析及结构优化研究的开题报告
一、选题背景及意义
摩托车是一种重要的交通工具，其车架是整个车辆结构中至关重要的组成部分。车架的结构设计和优化对于摩托车稳定性、操控性、安全性等方面有着重要的影响。有限元分析是一种常用的分析方法，能够对复杂的结构进行有效的分析和优化，因此可以用于摩托车车架的有限元分析及结构优化。
本研究旨在通过有限元分析和优化技术，提高摩托车车架的结构强度、刚度、减轻重量，达到优化设计的目的。
二、研究内容和方法
本研究的主要内容包括以下几个方面：
1. 摩托车车架有限元模型的建立
2. 车架在不同工况下的有限元分析
3. 车架结构的优化设计
4. 优化设计后的性能测试与对比分析
研究方法主要采用有限元分析软件进行模型建立和分析，并结合优化算法进行车架结构的优化设计。
三、预期成果和意义
本研究的预期成果主要包括以下几个方面：
1. 摩托车车架的有限元模型和分析结果
2. 车架结构的优化设计方案
3. 优化设计后的车架结构重量减轻和强度等性能指标的提升
该研究对于摩托车车架结构的优化设计和改进具有重要意义，能够提供相应的指导和参考，为更好地提高汽车的性能和可靠性提供有力的支持。
基于CAE的螺杆钻具结构分析及优化设计的开题报告
基于CAE的螺杆钻具结构分析及优化设计的开题报告
一、选题背景和意义
随着石油勘探和开采范围的不断扩大和深入，螺杆钻具在油气地质勘探和采油工程中发挥着越来越重要的作用。螺杆钻具是油气勘探和采油中常用的钻具，其结构复杂，制造难度大，性能指标要求高。针对目前螺杆钻具存在的结构设计不够合理、制造精度低、寿命短等问题，本课题拟通过CAE有限元分析技术，对螺杆钻具结构进行分析和优化设计。
二、研究内容
1.螺杆钻具结构的理论分析和建模
通过对螺杆钻具的结构进行理论分析，建立理论模型，提取关键结构部件和主要载荷情况。
2.有限元分析建模
通过有限元分析软件，对螺杆钻具结构进行建模，获取其物理和力学参数，如应力、变形等。
3.结构优化设计
基于有限元分析结果，结合材料力学、结构力学等理论，进行结构优化设计，提高螺杆钻具的寿命、强度和稳定性。
4.优化结构试验
通过对优化后的结构进行试验验证，对比实验结果和有限元分析结果，验证优化效果。
三、研究意义 1.提高螺杆钻具的寿命、强度和稳定性，降低制造成本，提高产业效益。
2.为钻具制造企业提供技术支持和指导，推进钻具制造行业向高端化和自主化方向发展。
3.丰富学术研究领域，推进CAE技术在钻具制造领域的应用。
四、研究方法
1.理论分析法：通过对螺杆钻具结构进行理论分析，建立理论模型，提取关键结构部件和主要载荷情况。
2.有限元分析法：通过有限元分析软件，对螺杆钻具结构进行建模，获取其物理和力学参数，如应力、变形等。
3.结构优化法：基于有限元分析结果，结合材料力学、结构力学等理论，进行结构优化设计，提高螺杆钻具的寿命、强度和稳定性。
4.优化结构试验法：通过对优化后的结构进行试验验证，对比实验结果和有限元分析结果，验证优化效果。
五、预期成果
1.建立螺杆钻具结构模型，获取其物理和力学参数。
2.掌握CAE有限元分析技术，在模拟计算中实现了对螺杆钻具结构的优化设计。
基于有限元分析的结构动力学优化
３６ 电子机械工程 Ｅｌｅｃｔｒｏ—Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１０年第２６卷第２期 ２０１０．Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．２
基于有限元分析的结构动力学优化
魏强。李雨
（中国电子科学研究院，北京１０００４１）
摘 要：以有限元软件ＡＮＳＹＳ的模态分析为基础，针对某产品操作台两侧和背部支撑结构，依次采用拓 扑优化和遗传算法两种方法进行动力学优化计算，求出了使得整体结构刚度最大的结构形式和结构尺
寸。计算结果证明，该种分析方法准确可信，能够对结构设计起到理论指导作用。 关键词：结构设计；拓扑优化；遗传算法 中图分类号：Ｏ２４１．８２；ＴＨＩ１３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—５３００（２０１０）０２—００３６一ｏ３
Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＥＭ Ａｎａｌｙｓｉｓ
ＷＥＩ Ｑｉａｎｇ，ＬＩ Ｙｕ
（Ｃｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＦＥＭ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＮＳＹＳ，ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｐ—
ｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｔｈｅ ｂａｃｋ ａｎｄ ｔｗｏ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｓｉｄｅｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｎｅｌ，ｂｏｔｈ ｏｆ
ｗｈｉｃｈ ｍａｘｉｍｉｚｅ ｉｎｈｅｒｅｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｓｔｙｌｅ ａｎｄ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｒｅ ｆｏｕｎｄ．Ａ— ｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｈ ｓｈｏｗｓ ｉｔｓ ｖｅｒａｃｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ．