基于ANSYS的承压齿盘结构优化设计研究 - 毕业设计论文-精品

目 录

中文摘要 ..................................................................................................................................... I 英文摘要 ................................................................................................................................... II 第一章. 前言 ............................................................................................................................. 1

1.1有限元法的提出和应用 ............................................................................................... 1 1.2有限元技术的发展历史及现状 ................................................................................... 2

1.2.1结构分析中的有限元法 ..................................................................................... 2 1.2.2 有限元法在工程结构分析中的应用 ................................................................ 3 1.2.3 有限元法和软件发展特征 ................................................................................ 3 1.3 本课题的研究内容和意义 .......................................................................................... 4 第二章. ANSYS优化技术在零件结构设计中的应用 ............................................................ 5

2.1引言 ............................................................................................................................... 5 2.2 ANSYS软件简介 ......................................................................................................... 5 2.3 ANSYS的优化方法及收敛准则 ................................................................................. 5 2.4.有限元分析的后置处理 ............................................................................................... 6 第三章. 基于ANSYS的承压齿盘结构优化设计 .................................................................. 7

3.1优化设计的基本原理 ................................................................................................... 7 3.2 ANSYS优化设计的方法和步骤 ................................................................................. 7

3.2.1优化方法 ............................................................................................................. 7 3.2.2 ANSYS优化过程的步骤 ................................................................................... 8 3.3 基于ANSYS的承压齿盘结构优化设计 ................................................................... 9

3.3.1 基本参数 ............................................................................................................ 9 3.3.2 约束条件 .......................................................................................................... 10 3.3.3 建立优化函数 .................................................................................................. 11 3.3.4 结果与讨论 ...................................................................................................... 11 3.4 结论 ............................................................................................................................ 14 第四章. 结束语 ....................................................................................................................... 15 参考文献 .................................................................................................................................. 16 附录 .......................................................................................................................................... 17 致谢 .......................................................................................................................................... 26

本科毕业论

摘 要

优化设计一直是工程界较为关注的领域。它以数学中的最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数。在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。优化设计在生产实践中被广泛的应用。如何找到一组最合适的设计变量，在允许的范围内，能使所设计的产品结构最合理、性能最好、质量最高、成本最低（即技术经济指标最佳），有市场竞争能力，同时设计的时间又不要太长，这就是优化设计所要解决的问题。

本文用承压齿盘的实例介绍了结构优化设计在ANSYS上实现的基本原理及主要步骤。结果表明,合理的结构设计可以提高安全性和经济性,并为工程上的机械零部件的优化设计提供了依据。

通过利用有限元优化分析功能对承压齿盘的结构进行优化分析,证明用优化分析功能实现结构优化分析的可行性,从而为其它复杂结构的优化分析提供了新的方法和 依据。

关键词：优化设计 ANSYS 齿盘 目标函数

I

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ABSTRACT

Optimization design has been the field comparatively paid close attention to in the province of engineering all the time. It is based on the most mathematical theory of the optimization。By means of the computer, according to the performance of the pursuit of design goals, it establishes the objective function. To meet a variety of constraints under which it will seek the optimal design. Optimal design has been the practice in the production of a wide range of applications. How can we find a group of the most appropriate design variables, in the allowed range of products designed to make the most reasonable structure, the best performance, highest quality, lowest cost (that is, the best techno-economic indicators), there is a market competitiveness and at the same time design and not a very long time. This is the optimization of the design problem to be solved.

In this paper, examples of the gear pressure plate structure introduced in ANSYS to optimize the design to achieve the basic principles and major steps. The result indicates that the rational optimization design can improve the security and economy, and information is provided for improving design of all kinds of machinery parts.

With ANSYS finite element optimized analysis function, the structure of pressured dentate disc has been optimized, which proves the feasibility by means of ANSYS optimized analysis. Thus supply new method and foundation for the others complicated structure.

Key words: optimization design ANSYS gear pressure plate objective function

II

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第一章. 前言

现代企业之间的竞争的焦点正转向寻找和应用高速、高效和智能化的工程分析手段，以提高产品的设计和开发能力，提高产品性能、质量和使用寿命，缩短产品投放市场的时间，降低成本，增强产品的竞争力。

随着工业生产和科学技术尤其是计算机技术的迅速发展，各种计算机辅助技术得到了越来越广泛的应用。各种以分析、优化和仿真为特征的计算机辅助工程技术在世界范围内蓬勃发展。ANSYS系统是第一个通过IS09(O1质量认证的大型工程分析类有限元软件，在机械、土木和航空航天等领域有着广泛和良好的应用基础。本文正是利用ANSYS的优化设计模块编制用户程序进行零部件的结构优化设计。

本文是运用优化设计方法对承压齿盘进行结构优化设计进行研究。优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术。所谓“最优设计”，指的是一种方案可以满足所有的设计要求，而且所需的支出最小。一个合理的设计是指满足所给的约束条件（设计变量约束和状态变量约束）的设计。如果其中任一约束条件不满足，设计就认为是不合理的。而最优设计是既满足所有的约束条件又能得到最小目标函数的设计。

1.1有限元法的提出和应用

工程计算中，由于传统的计算方法不仅经常因人为运算疏忽造成错误，而且在模型处理上将几何结构及边界条件等过于简化，使得计算结果往往与实际不符，因此缺乏参考价值。有限元法正是基于工程的实际需要而产生的。有限元法的基本思想早在40年代初期就有人提出，但真正用于工程中则是在电子计算机出现后。“有限元法”这一名称是1960年美国的克拉夫（Clough. R. W）在一篇题为“平面应力分析的有限元法”论文中首先使用的。40多年来，有限元法的应用已由弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题、由静力平衡问题扩展到稳定性问题、动力问题和波动问题，分析的对象从弹性材料扩展到粘弹性、粘塑性和复合材料等，从固体力学扩展到流体力学、传热学、电磁学等领域[1]。经过40多年的发展，不仅是各种不同的有限元方法形态相当丰富，理论基础相当完善，而且已经开发了一批使用有效的通用和专用有限元软件，应用这些软件已经成功地解决了机械、水工、土建、桥梁、机电、冶金、造船、宇航、核能、地震、物探、气象、水文、物理、力学、电磁学以及国际工程等领域众多的大型科学和工程计算难题，有限元软件已经成为推动科技进步和社会发展的生产力，并且取得了巨大的经济和社会效益。

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