有限元三杆桁架优化分析.doc

考试题目： 下图所示为一个有3根杆组成的桁架，承受纵向和横向载荷，试对该结构进行优化设计，使得桁架重量最少系学数K=班号（为5,6,7,8之一）×100+学号最后两位数，如7班同学，号最后两位为20号，那么K=720已知桁架的材料特性为：弹性模量E=0.5K×103MPa；泊松比：0.5K×10-3；密度ρ= K×10 kg/m3许用应力：σ=0.5K×10-2MPa几何属性如下所示：横截面面积变化范围：0.6×10-3～0.645m2） 基本尺寸B变化范围：10～0.5K×10-1m集中载荷为：Fx= 2K×103N, Fy= -2K×103N 要求：写出操作步骤和命令流，定义工作文件名和工作标题为你的姓名拼音+学号GUI操作方式（1） 定义工作文件名及工作标题1） 定义工作文件名2） 定义工作标题（2） 定义参数和材料属性定义参数的初始值2)设置材料属性(3)定义单元类型及属性 1）定义单元类型定义实常数A2 A3同A1做法(4)建立有限元模型 1）生成有限元节点（节点1 2 3 4做法雷同）2）关闭坐标符号的显示3）打开节点编号显示4）生成第一个单元5）改变第二个单元的属性6）生成第二个单元7）改变第三个单元的属性8）生成第三个单元（5）施加约束和载荷 1）施加边界约束2)施加集中载荷3） 保存数据4）求解运算结果如下： S O L U T I O N O P T I O N S PROBLEM DIMENSIONALITY. . . . . . . . . . . . .2-D DEGREES OF FREEDOM. . . . . . UX UY ANALYSIS TYPE . . . . . . . . . . . . . . . . .STATIC (STEADY-STATE) GLOBALLY ASSEMBLED MATRIX . . . . . . . . . . .SYMMETRIC L O A D S T E P O P T I O N S LOAD STEP NUMBER. . . . . . . . . . . . . . . . 1 TIME AT END OF THE LOAD STEP. . . . . . . . . . 1.0000 NUMBER OF SUBSTEPS. . . . . . . . . . . . . . . 1 STEP CHANGE BOUNDARY CONDITIONS . . . . . . . . NO PRINT OUTPUT CONTROLS . . . . . . . . . . . . .NO PRINTOUT DATABASE OUTPUT CONTROLS. . . . . . . . . . . .ALL DATA WRITTEN FOR THE LAST SUBSTEP5）保存优化结果到文件（6）进入后处理，得到状态变量和目标函数的值 1）定义单元表 2)计算单元体积的总和结果如下： SUM ALL THE ACTIVE ENTRIES IN THE ELEMENT TABLE TABLE LABEL TOTAL VOLU 65.4374 3)取出体积的值4)计算初始重量5)设置单元表6)得到第一杆的轴向应力 7）得到第二杆的轴向应力 8）得到第三杆的轴向应力 9）计算轴向力的绝对值（7）显示当前设计并生成分析文件 1）显示杆的当前设计2）改变视图方向3) 生成优化分析文件（8）进入处理器并分析文件 1）指定分析文件 2）指定设计变量（A1 A2 A3 B做法雷同）3）设置状态变量3） 保存优化数据库4） 设置目标函数5） 指定一阶优化方法6） 保存数据7） 运行优化8） 保存优化结果到文件（9）查看优化结果 1）查看最佳设计序列如下： LIST OPTIMIZATION SETS FROM SET 10 TO SET 10 AND SHOW ONLY OPTIMIZATION PARAMETERS SET 10 (FEASIBLE) SIG1 (SV) 0.26212E+07 SIG2 (SV) 65340. SIG3 (SV) 0.25491E+07 A1 (DV) 0.57422 A2 (DV) 0.60000E-03 A3 (DV) 0.30810E-01 B (DV) 23.873 WT (OBJ) 114.462）列出所有序列的结果如下： LIST OPTIMIZATION SETS FROM SET 1 TO SET 10 AND SHOW ONLY OPTIMIZATION PARAMETERS. (A "*" SYMBOL IS USED TO INDICATE THE BEST LISTED SET) SET 1 SET 2 SET 3 SET 4 (FEASIBLE) (FEASIBLE) (FEASIBLE) (FEASIBLE) SIG1 (SV) 0.16434E+07 0.24929E+07 0.25179E+07 0.24641E+07 SIG2 (SV) 0.96269E+06 0.12070E+07 0.20381E+06 50744. SIG3 (SV) 0.68072E+06 0.11304E+07 0.22835E+07 0.24060E+07 A1 (DV) 0.64500 0.44325 0.58658 0.61001 A2 (DV) 0.64500 0.50234 0.26012 0.23868 A3 (DV) 0.64500 0.44325 0.65182E-01 0.49212E-01 B (DV) 26.500 23.282 22.787 22.891 WT (OBJ) 346.82 236.29 157.26 155.87 SET 5 SET 6 SET 7 SET 8 (FEASIBLE) (FEASIBLE) (FEASIBLE) (FEASIBLE) SIG1 (SV) 0.24181E+07 0.25032E+07 0.24888E+07 0.25939E+07 SIG2 (SV) 0.15564E+06 0.10283E+07 0.11761E+07 0.11863E+06 SIG3 (SV) 0.22407E+07 0.13731E+07 0.12008E+07 0.24629E+07 A1 (DV) 0.61469 0.59326 0.60418 0.58028 A2 (DV) 0.23115 0.28213E-01 0.60000E-03 0.60000E-03 A3 (DV) 0.58005E-01 0.68621E-01 0.60115E-01 0.32016E-01 B (DV) 23.020 23.995 24.088 23.863 WT (OBJ) 157.61 129.37 126.17 115.81 SET 9 *SET 10* (FEASIBLE) (FEASIBLE) SIG1 (SV) 0.26140E+07 0.26212E+07 SIG2 (SV) 0.19452E+06 65340. SIG3 (SV) 0.23994E+07 0.25491E+07 A1 (DV) 0.57577 0.57422 A2 (DV) 0.60000E-03 0.60000E-03 A3 (DV) 0.32593E-01 0.30810E-01 B (DV) 23.885 23.873 WT (OBJ) 115.11 114.46 3） 显示目标函数的变化规律a设置坐标轴标题b显示目标函数的变化规律4)显示基本尺寸B的变化规律a设置坐标轴标题b显示基本尺寸的变化规律 5)显示杆面积的变化规律a 设置坐标标题b 显示杆横截面的变化规律6）显示杆中应力的变化规律a设置坐标轴标题b显示杆中应力的变化规律（10）退出ANSYS命令流方式：/BATCH /FILNAME,zhangliwen+0,1/TITLE,zhangliwen+0*SET,B,26.5*SET,A1,0.645 *SET,A2,0.645 *SET,A3,0.645 /PREP7 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,2.65e11 MPDATA,PRXY,1,,0.265 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,,5.3ET,1,LINK1R,1,A1, , R,2,A2, , 。