悬臂梁结构非线性稳定分析和优化设计
悬臂梁分析报告
悬臂梁受力分析报告高一博2016.11.13西安理工大学机械与精密仪器工程学院摘要利用ANSYS对悬臂梁进行有限元静力学分析,得到悬臂梁的最大应力和挠度位移。
从而校验结构强度和尺寸定义，从而对结构进行最优化设计修正。
关键词：悬臂梁，变形分析，应力分析目录一.问题描述： (4)二.分析的目的和内容： (4)三.分析方案和有限元建模方法： (4)四.几何模型 (4)五．有限元模型 (4)六．计算结果： (5)七.结果合理性的讨论、分析 (8)八．结论 (8)参考文献 (8)一.问题描述：现有一悬臂梁，长500MM，一端固定，另外一端施加一个竖直向下的集中力200N。
其截面20MMX20MM的矩形，现在要分析该梁的在集中力作用下产生的位移，应力和局部应力。
二.分析的目的和内容：1.观察悬臂梁的变形情况；2.观察分析悬臂梁的应力变化；3.找出其最大变形和最大应力点，分析形成原因；三.分析方案和有限元建模方法：1.使用ANSYS-modeling-create-volumes-block建模，2.对梁进行材料定义，网格划分。
3.一端固定，另外一端施加一个向下的200N的力。
4.后处理中查看梁的应力和变形情况。
四.几何模型500X20X20的梁在在ANSYS中进行绘制.由于结构简单规则，无需简化。
五．有限元模型单元类型：solid brick8node45材料参数：弹性模量2e+11pa,泊松比0.3边界条件：一端固定，一端施加载荷载荷：F=200N划分网格后的悬臂梁模型六．计算结果：变形位移图等效应力图局部应力图七.结果合理性的讨论、分析1.位移分析：在变形位移图上，在约束端位移最小为零，受压端位移最大。
与实际结果一致。
2.应力分析：在应力图上，应力最大处在约束端，而最小的位于受压端，与变形图相对应。
通过材料力学计算可知约束端的所受弯矩最大。
两个结果印证无误。
3.局部应力分析：在局部应力图上，可以看出在固定端上表面存有较大的应力，且为拉应力，受压端直角尖处有最大应力，从形成原因上分析属于尖角处应力集中。
基于ANSYS+Workbench的起重机箱型悬臂梁优化设计
５００
５…
２形变、应力对腹板垂直长度的响应
由表１可以看出，通过拓扑优化和参数优化，在满足 最大变形量和最大许用应力的条件下，使得箱型悬臂梁的 总体质量共降低２７．９％，大大提高了材料的利用率。■
万方数据
基于ANSYS Workbench的起重机箱型悬臂梁优化设计
万方数据
－Ｉ
Ａｃａｄｅｍｉｃ
Ｆｏｒｕｍ学术论坛
对比，发现形变量与应力值远小于许用值，因此，可对 该悬臂梁进行拓扑优化，在满足设计要求的条件下，减 １．建立悬臂梁的有限元模型 首先，通过三维建模软件Ｓｏｈｄ Ｗｏｒｋｓ对应接口将箱 型悬臂梁模型导入有限元分析软件ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 中，采用Ｓｏｌｉｄｌ８７单元类型来建立有限元模型，定义箱 型悬臂梁的材料属性为结构钢，弹性模量（杨氏模量）
造设计空间的响应面云图或响应曲线。本文以悬臂梁的
最大变形和最大应力为目标参数，以箱型悬臂梁支架尺 寸为设计变量进行优化，得到箱型悬臂梁支架的最优设
计尺寸。
四虽叠蛋ｊ玉至要圈
以某型号定柱式悬臂起重机箱型悬臂梁为研究对象， 通过三维建模软件Ｓｏｌｉｄ Ｗｏｒｋｓ建立箱型悬臂梁的等比例
１工字钢；２悬臂梁支架；３回转马达固定架；４回转支撑架 图１箱型悬臂梁三维模型
为２×１０５ ＭＰａ，泊松比０．３，密度７ ２３５ＭＰａ。
８５０
轻结构白重。设置重量减小２０％为优化条件，对箱型悬 臂梁进行形状拓扑优化，将箱型悬臂梁应力以及形变量 较小的部分剔除，其优化结果如图４。
ｋｇ／ｍ屈服强度
其次，对悬臂梁进行网格划分。Ａｎｓｙｓ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ提供 了多种不同的网格划分方法以适用几何体不同的部位。本文 采用自动划分法（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ），通过尺寸控制对敏感的区域 进行细化。划分后得悬臂梁有限元模型共有Ｎｏｄｅｓ
建筑知识：建筑材料的非线性分析与优化
建筑知识：建筑材料的非线性分析与优化建筑工程的质量和稳定性是保证安全和可持续发展的重要保障，而建筑材料的质量直接关系到建筑工程的稳定性和耐用性。
在实际的建设过程中，建筑材料的非线性分析与优化是保证建筑工程质量、提高建筑材料性能的关键技术。
一、建筑材料的非线性分析建筑材料的非线性分析是指当材料承受一定的载荷时，其力学性能发生变化的现象。
材料的非线性分析是不可避免的，在设计中必须考虑到非线性效应对设计的影响，并进行相应的修正和优化。
1.轴向受压的混凝土材料的非线性分析在实际的工程应用中，混凝土出现了“骨架曲线”的特性，在不同的载荷下，它的应变硬化率也不同。
这种情况下，使用线性弹性理论来分析混凝土不能完全符合实际情况。
对于轴向受压的混凝土材料，采用理论模型可以更好地描述非线性物理现象。
通过混凝土骨架的微观分析，建立了各向同性的弹塑性理论模型，这种模型被广泛地应用于混凝土结构设计中。
2.钢筋混凝土的非线性分析在钢筋混凝土中，钢筋和混凝土输送负载的方式不同，因此在载荷作用下，这两种材料的形变和应力响应不同。
另外，在钢筋混凝土中，混凝土的应力-应变关系是非线性的，随着加荷的增加，弹性模量和抗拉强度都会增加。
对于钢筋混凝土，采用非线性有限元方法建立的数值模型可以更精确地描述其非线性特征。
该方法可以模拟出混凝土的非线性应力-应变特性和裂缝的产生和扩展情况，并根据实际材料性能进行相应的修正。
二、建筑材料的优化设计材料优化设计是保证建筑工程质量的基础工作。
优化设计的目的是在满足强度和刚度等基本要求的前提下，通过材料性能的优化实现结构的轻量化和高效化。
1.硅酸盐水泥混凝土的优化设计硅酸盐水泥混凝土作为一种新型的材料，它具有良好的力学性能和化学稳定性。
通过研究混凝土中的微纤维增强体系，可以增强混凝土的耐劈裂性和韧性，提高混凝土的力学性能。
另外，在混凝土中加入微粉、飞灰等物质，可以防止混凝土龟裂、提高混凝土的抗渗透性和耐久性。
悬臂梁有限元优化分析
悬臂梁优化分析班级：姓名：学号：指导老师：目录一、条件分析 (1)二、分析步骤 (1)（一）前处理阶段: (1)（二）求解阶段 (3)（三）后处理阶段 (4)（四）优化阶段 (9)三、优化结果 (13)（一）读取优化结果列表 (13)（二）选择优化结果 (13)（三）代入结果分析 (14)四、整理命令流 (14)参考文献 (17)一、条件分析由题可知：悬臂梁中的平均应力小于MPa 30，且梁的挠度小于1厘米。
而且横截面积约束条件为：cm X cm 2.1651≤≤，cm X cm 2.41202≤≤。
（考虑学号系数），连杆的材料属性为：杨氏模量Pa E 91012.30⨯=,泊松比为0.3。
由于梁的长度一定，若要使梁的重量最小，则要求体积最小，进而可知要求横截面积，所以可确定体积是所求目标，因此可确定：设计变量cm X cm 2.1651≤≤ cm X cm 2.41202≤≤状态变量平均应力MPa 30≤σ 挠度cm 1<δ目标函数体积V二、分析步骤1. 定义工作文件名和工作标题(1) 执行[Utility Menu]\File\change Jobname 。
弹出对话框，输入panjiafeng12，并选择复选框，单击“OK ”按钮。
(2) 执行[Utility Menu]\File\Change Title 。
弹出的对话框，输入panjiafeng12，单击“OK ”按钮。
（一）前处理阶段:1. 初始化设计变量执行[Utility Menu]\File\Parameters\Scalar Parameter,弹出对话框，输入X1=0.1cm ，X2=0.3cm 。
2.定义单元类型，面积，转动惯量执行[Utility Menu]\Preprocessor\Element Type\Add\Edit\Delete 弹出对话框，选择Structural Beam 中的2D elastic 3 单击“OK ”单击“Close ”。
可拆卸复合材料梁的非线性振动分析与优化设计
可拆卸复合材料梁的非线性振动分析与优化设计概述可拆卸复合材料梁是一种具有结构重量轻、刚度高以及易于维修等特点的材料，已经被广泛应用于空中、海上、陆地上和宇宙等领域。
本文主要探讨可拆卸复合材料梁的非线性振动分析和优化设计。
材料与方法首先，我们需要对材料和方法进行了解。
可拆卸复合材料梁是由纤维增强复合材料和另外一种可分离的材料组成的。
这种结构使得材料具有优异的力学性能、优异的电学性能、防腐蚀性能以及耐候性能。
其次，我们需要了解非线性振动的概念。
线性振动是指振幅与力的大小成正比的振动，而非线性振动则是指受到外力时振幅和力不成比例的振动。
复合材料梁的振动是非线性的，因此我们必须进行非线性振动分析。
非线性振动分析非线性振动分析的目的是寻找可拆卸复合材料梁的共振频率和模态，并提供结构的应力分布。
在进行非线性振动分析之前，我们需要建立梁的有限元模型并对其进行模态分析。
模态分析有助于确定梁的自由振动频率和相应的振型。
通过这个过程，我们可以得到梁的基本结构信息。
接下来，我们需要进行非线性动力分析。
非线性动力分析可以确定梁的动态响应和应力分布。
由于非线性振动是由于外力作用而导致的，我们需要对外力的大小和频率进行研究。
对外力的大小和频率进行分析有助于确定外力大小对可拆卸复合材料梁的动态响应和应力分布的影响。
优化设计现在，我们已经了解了可拆卸复合材料梁的非线性振动分析。
接下来，我们将探讨优化设计。
优化设计的目的是提高可拆卸复合材料梁的性能并降低其成本。
首先，我们可以对复合材料梁的结构进行设计。
考虑到材料的强度和刚度，我们可以将材料的部件设计成弯曲或拉伸状态以确保梁的强度和刚度。
这样做有助于提高梁的稳定性和刚度。
其次，我们可以对可拆卸复合材料梁的空间结构进行优化设计。
在优化设计中，我们可以研究不同的空间结构，以寻找最佳的结构方案。
这样做有助于提高复合材料梁的性能并降低其成本。
结论总结起来，可拆卸复合材料梁是一种非常有前途的材料，已经被广泛应用于不同领域。
悬臂梁式纬纱张力传感器结构优化
定义需要求解的结构问题
的加工难度,忽略颜色较浅的部分,直接采用挖空 的 形
式来去除材料,结果如图 6 所示。可以看出,主 要 去 除
选择合理的优化单元类型
的材料集中在自 由 端 和 中 间 部 分,其 中 材 料 实 际 裁 剪
的位置和拓扑优 化 的 位 置 存 在 差 异,所 以 两 者 最 终 的
析,计算出悬臂梁在不同频率下的滞后相位角,并 根 据
主轴的转速计算出滞后的时间。
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纺织科技进展
· 34 ·
2021 年第 2 期
比为 0
.3,密度为 7
.9kg/m3 。
2 悬臂梁的模态拓扑优化
2
.1 模态拓扑优化
根据单自由度弹簧阻尼系统计算无阻尼固 有 频 率
公式 ω0 = k/m 可知,模态分析模型的固有频率与刚
[(
119a2 +952ab +1785b2 -
度k 正相关,与质量 m 负相关。 当体积模型发生变化
时,不仅存在质量的变化,还存在刚度的变化。这 就 导
l
ane
2和
结论:当b =0 时,
B 函数取得最大值,并随着悬臂梁自
P
l
ane
82 单 元、三 维 模 型 的 s
o
l
i
d92 和 s
o
l
i
d95 单 元,进
由端宽度与固定端宽度的比值b/
a 上升而下降。
行拓扑 优 化 时 要 选 择 正 确 的 单 元 类 型。 在 优 化 过 程
当等强度梯 形 悬 臂 梁 自 由 端 宽 度 b =0 时,由 式
非线性油气悬架系统平顺性仿真与参数优化设计
非线性油气悬架系统平顺性仿真与参数优化设计田玲玲;谷正气;李伟平;梁小波;彭国谱【摘要】Based on the bench test of hydro-pneumatic suspension, the model of engineering dump truck with eight degrees of freedom was set up, including five square stiffness and cubic damping characteristics. The simulation model was established by SIMULINK and validated by test. The most suitable optimized parameters were achieved according to sensitivity analysis, and then the optimal design model was established by taking ride comfort as optimization objective. The optimal stiffness and damping curves were obtained after the combined optimization design between SIMULINK and GA algorithm. The results show that the stiffness and damping characteristics of hydro-pneumatic suspension need to be optimized to improve ride comfort. The root mean square values of different seat accelerations are brought down by 17.3%, 18.8%, 25.8%, and the vehicle ride comfort can be significantly improved.%基于油气悬架台架实验,建立工程自卸车八自由度数学模型,该模型包含刚度五次方非线性和阻尼立方非线性.在此基础上利用SIMULINK建立仿真模型,并用实验验证仿真模型的正确性.通过对油气悬架参数的灵敏度分析,确定优化变量,然后以行驶平顺性为优化目标,建立油气悬架参数优化模型,利用SIMULINK、遗传算法对油气悬架参数进行联合优化设计,得到油气悬架理想的非线性刚度和阻尼特性曲线.仿真分析与实验结果表明:油气悬架的减振特性需要进一步优化设计.优化后,各车速下座椅的加权加速度均方根值分别降低了约17.3％,18.8％,25.8％,油气悬架的减振性能和整车行驶平顺性得到明显改善.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(042)012【总页数】7页(P3715-3721)【关键词】油气悬架;SIMULINK;遗传算法;联合优化设计【作者】田玲玲;谷正气;李伟平;梁小波;彭国谱【作者单位】湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南长沙,410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南长沙,410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南长沙,410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南长沙,410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南长沙,410082【正文语种】中文【中图分类】TP391.9油气悬架(hydro-pneumatic suspension，HPS)系统多用于非公路车辆，具有非线性特征。
桥梁悬索施工工艺的模拟分析与结构优化
桥梁悬索施工工艺的模拟分析与结构优化桥梁悬索是一种常见的桥梁结构形式，其具有承载能力强、倒塌风险小等优点。
在悬索桥的施工过程中，悬索的正确定位和张拉过程是关键环节，不仅影响到悬索的力学性能，还直接关系到桥梁的安全运行。
为了保证工程质量，降低建设成本，提高施工效率，模拟分析与结构优化成为了悬索桥施工过程中的重要方法。
一、悬索桥施工工艺模拟分析在悬索桥的施工过程中，需要对悬索的正确定位以及张拉过程进行模拟分析。
通过对悬索的初始张拉过程进行模拟，可以确定悬索的初张拉力，进而保证悬索的正确位置。
而对悬索的后张拉过程进行模拟分析，可以控制悬索的张拉力，保证悬索达到设计要求并具有良好的力学性能。
模拟分析过程中需要考虑以下几个因素：1. 悬索预制段的设置：悬索预制段的设置是悬索施工过程中的关键环节。
通过合理设置预制段的拉力和长度，可以控制悬索的起张拉力和初始位置。
2. 悬索张拉过程的模拟：借助虚拟仿真技术，可以对悬索张拉过程进行精确模拟。
在模拟过程中可以考虑悬索张拉速度、张拉力的分布以及张拉过程中的温度影响等因素，以获得悬索的合理张拉力分布。
3. 悬索的临界状态分析：悬索在张拉过程中可能出现一些临界状态，如悬索的过渡振动等。
通过模拟分析可以预测这些临界状态，并采取相应的措施进行优化。
4. 结构监测与反馈：在模拟分析过程中，可以结合传感器等监测设备对悬索的实时状态进行监测，并将监测结果反馈给控制系统，进行相应的优化调整。
二、悬索桥施工工艺结构优化悬索桥的结构优化是指在施工过程中，通过调整施工工艺，进行结构参数的优化，以提高桥梁的力学性能和施工效率。
1. 施工工艺调整：通过调整悬索的预制段长度、张拉速度等施工工艺参数，可以优化悬索桥的结构性能。
例如，减小预制段长度可以减小悬索的初张拉力，缓解开合度变形问题。
2. 工艺参数优化：通过对施工工艺参数的优化，可以减小施工过程中的应力集中和变形等问题。
例如，合理控制张拉速度和张拉力分布，可以减小悬索的变形和应力集中问题。
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悬臂梁结构非线性稳定分析和优化设计
悬臂梁结构是一种常见的结构形式，广泛应用于各种工程领域。
然而，在一些特定的工程应用中，悬臂梁结构往往需要承受较大
的载荷和变形，从而导致失稳现象的发生。
为了解决这个问题，
悬臂梁结构非线性稳定分析和优化设计成为了一个重要的课题。
首先，我们来了解一下悬臂梁结构的基本特点。
悬臂梁结构是
由一根固定端和一根自由端组成的一种梁结构，经常用来支撑吊桥、塔式建筑物等大型工程。
悬臂梁结构的稳定性与载荷大小、
梁的尺寸和截面形状等因素密切相关。
当悬臂梁承受的荷载超过
其承载能力时，就会发生结构失稳的现象，导致严重的安全问题。
针对悬臂梁结构失稳的问题，非线性稳定分析和优化设计是两
个十分重要的工作。
非线性稳定分析是指在考虑材料非线性、几
何非线性以及初始缺陷等影响因素的情况下，对悬臂梁结构的分
析和计算；而优化设计则是在满足结构要求和规范的基础上，通
过改变结构形状、材料选择、施工工艺等手段，对悬臂梁结构的
性能进行优化。
在非线性稳定分析中，最常用的方法是有限元分析法。
该方法
利用计算机对悬臂梁结构进行分割，将其离散成若干个小的单元，然后通过计算每个单元的应变和力学性质，进而得出整个结构的
稳定拐点和失稳模式。
需要注意的是，对于非线性稳定分析，需
要考虑到悬臂梁结构中的材料非线性、几何非线性、材料损伤等因素，以保证所得到的分析结果更加准确。
另一方面，优化设计也是非常重要的。
悬臂梁结构的优化设计可以通过以下方法实现：首先，改变梁的截面形状，采用更优的截面形状能够有效地提高梁的承载能力和稳定性；其次，采用更好的材料，在保证结构强度的同时，减少结构自重；最后，精细化施工，通过优化施工工艺、加强结构监测等手段，从而提高悬臂梁结构的稳定性和可靠性。
总而言之，悬臂梁结构非线性稳定分析和优化设计是非常重要的课题。
通过对这些领域的研究和分析，我们可以得出更合理的设计方案，从而保证悬臂梁结构的稳定性和可靠性。
在未来的工程实践中，悬臂梁结构的稳定问题将会成为一个重要的挑战，而解决这个问题也将会对我们的社会建设和发展产生深远的影响。