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5.1.4——优化设计
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5.1.4——优化设计
优化分析结果
更新零件
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5.2 结论
通过运用Pro/MECHANICA对扳手进行平面、三维模型应力分析、敏 感度分析及优化设计，可以拓展到对于任何产品而言，在满足设计要 求的前提下，采用过程优化设计方法，对产品机构、设计参数、结构 形状等参数进行优化设计，尽早发现设计中的缺陷，并验证产品功能 和性能的可靠性，使产品机构性能达到最佳状态。
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5.1.4——灵敏度分析
将模型中扳手厚度、手柄宽度作为创建局部灵敏 度研究的设计参数，比较这两个参数对模型质量、 von Mises应力和端点位移有多大影响。
扳手厚度（d0）10尺寸，手柄宽度（d10）12.5尺寸
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5.1.4——灵敏度分析
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模型建立
首先，这个例子是左右对称的，所以只需取左半部来分析就可以了。 然后取三个地方的高度，分别是端点H1、四分点H2、及梁中央点H3，
然后以样条函数将这三个点用圆滑曲线连结起来，代表梁底的曲线。使 用PLANE42元素来做2D的分析，取整个梁的最大和最小的弯曲应力(分别 是SMAX及SMIN)作为状态变量，上下限分别为+100 MPa及-100 MPa。梁 的总体积（SVOLUME）是目标方程。综合以上的讨论，设计优化问题可 以表示成下列的数学模式：
Pro/E：功能强大的三维CAD/CAE/CAM（proe/nc） 一体化、集成化软件，涵盖产品从设计到制造的全过 程，可以迅速提高企业在产品工程设计与制造方面的 效率。
Pro/Mechanica ：有限元分析技术，CAE核心技术 之一。三大模块：结构分析、温度分析、运动分析。 利用有限元分析功能，发现零部件的薄弱部位，通过 变更设计参数来改变几何形状，从而得到最优结果。
求解器用于定义分析类型和分析选项，施加载荷，指定载荷步，完成有限元计算。所有
分析用到的数据都要指定：凝聚法分析中的主自由度，非线性分析中的收敛准则，谐波 分析中的频率范围等。载荷和边界条件也可以作为设计变量。
(3) 提取并指定状态变量和目标函数(POST1/POST26)
提取结果并赋值给相应的参数。这些参数一般为状态变量和目标函数。提取数据的操作 用*GET命令(Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data)实现。 (4) 分析文件的准备 分析文件有三种方式，分别为系统编辑器编辑的批处理文件；LGWRITE命令(Utility Menu>File>Write DB Log)生成的命令流文件；程序命令流文件(Jobname. LOG，必要时需删 除不必要的部分)。
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分
常用优化软件及其优化设计使用范围
第五部
5.1.1 PROE优化设计
PROE
Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著 称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有 着重要地位。Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域 的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。
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b
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你以为这就结束 了？？？？？
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建模才刚刚开 始！！！！！！
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Ansys具有建模和对模型操作的能力，但是 其步骤和程序较繁琐，因此常常对优化对 象先用PROE建好模型，再导入ansys进行分 析优化。如果是以应力作为变量，则直接 将PROE中的模型导入ansys，否则可在 PROE中优化后导入数据进入ansys,进行进 一步优化设计。
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小心填错！严格按顺序、按图示值填写！
a
b
g
c f
d e
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严格按顺序依次连接点1和2、点2和3、点1和4、点2和5、点3和6！最后点击OK！
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严格按顺序依次连接点4、5和6，然后点击OK！
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扳手
能够用PROE建模的物体
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5.2.1 ANSYS
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快 的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design） 软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等。是融 结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
5.1 风险管理概述
进行扳手模型优化设计需要完成以下工 作：
创建几何模型、简化模型
定义材料属性（Mechanica里完成定义）
定义约束
基于PROE的活动 扳手优化
定义载荷 静态分析 定义设计参数、运行灵敏度分析
运行优化分析、根据优化结果改变模型
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5.1.4——定义约束 载荷
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建立优化分析的参数
完成分析文件的建立后，就可以进行优化分析了，如果 在交互方式下进行优化的话，最好先在ANSYS数据库中用分 析文件建立参数，其优点有：初始参数可以作为一阶分析 方法的起点，且对于优化过程参数在数据库中可以在GUI下 进行操作，便于定义优化变量。
查看设计序列结果
优化循环结束后，可以用命令或相应的GUI路径来查看 设计序列。如：OPLIST、STATUS、POST1和POST26等。
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5.2.4ANSYS优化设计实例
集中载荷F=100000N
均布载荷p=15000N/m
b=0.1m h
长度=6m
上图是一个两端固定的矩形断面钢梁，其弹性模量E = 200 GPa，梁的宽度 b=100 mm，梁的厚度需要优化设计，设计的目标是使梁的重量最轻。梁 的上表面必须维持水平，但是梁厚度是可以沿着长度变化的(即梁底的曲 线是可以变化的)，但是梁厚度不得低于100 mm也不得超过800 mm。负 载方面考虑一集中载重F、均布力p和自重。另一限制条件是弯曲应力不 能够超过100 MPa。
进入OPT指定分析文件
该步骤是由OPT处理器来完成，其命令为：/OPT。
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声明优化变量
该步骤指定哪些参数是设计变量，哪些参数是状态参数， 哪些参数是目标函数，允许有不超过60个设计变量和不超 过100个状态变量，但只能有一个目标函数。
选择优化工具或优化方法
ANSYS提供了一些优化工具和方法，默认方法是单次循 环，指定后续优化的工具和方法的命令为：OPTYPE。
Mininize SVOLUME
Subject to 100 Mpa SMAX 100 Mpa 100 Mpa SMIN 100 Mpa
100 mm H1 800 mm
100 mm H 2 800 mm
100 mm H 3 800 mm
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感谢大家 请对不足之处提宝贵意见！
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Pro/Mechanica Structure：进行零件模型和装配模 型的结构分析和优化分析。
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5.1.2proe优化设计步骤
平面 应力分析
三维建模
PROE优化设计 步骤
三维模型 应力分析
优化设计
灵敏度分析
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5.1.3PROE优化设计实例
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5.3其他优化设计软件
AVLGlide
Matlab
5.结论与管 理启示
2.文献综述
优化设计工具
Kisssoft
Adams
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5.4 优化设计的应用范围
物理领域
机电
应用范围
化学领域
结构优化
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与实际模型相比，有限元模型作了适当简化。 模型是以FRONT平面为草图平面建立的实体拉伸特征，实体的厚 度为10mm，方向为向屏幕内侧生成。
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5.1.4——平面应力分析
• 进入Pro/Mechanica工作环境
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5.1.4——定义材料厚度
为了摸拟扳手的实际工作情况，对扳手钳口与螺母接触的 平面区域施加约束。
为了摸拟手对扳手的作用，在手柄尾部上表面长为75mm 的矩形区域内，施加均布力，此均布力沿X轴方向的分力 为-50N，沿Y轴方向的分力为-100N。
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