實(shí)現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化是人們長期以來一直追求的目標(biāo)。但是,由于機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜,產(chǎn)品設(shè)計不僅受幾何條件的約束,而且也受到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度等諸多設(shè)計要求的限制,而這些約束條件往往很難給出其關(guān)系式來。特別是當(dāng)結(jié)構(gòu)龐大,單元類型混雜及單元數(shù)、節(jié)點(diǎn)數(shù)很多時,即使已知結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)的位移和應(yīng)力關(guān)系式,也常常會因矩陣龐大而不能求解,更不必說再經(jīng)過多次迭代求最優(yōu)解了。因此,大型機(jī)械結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析是一個很重要的問題,并不是找不到合適的優(yōu)化方法,而是怎樣將優(yōu)化方法應(yīng)用于結(jié)構(gòu)有限元分析。目前,除一些大型結(jié)構(gòu)分析程序(如NASTRAN,ANSYS)外,在微機(jī)上成功地將優(yōu)化分析引入有限元分析的應(yīng)用軟件還不多見。隨著優(yōu)化分析技術(shù)的日趨成熟和有限元分析技術(shù)的廣泛應(yīng)用,將有限元分析方法與優(yōu)化分析方法有機(jī)地結(jié)合在一起,將使有限元分析方法在產(chǎn)品設(shè)計和優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的過程中發(fā)揮出前所未有的作用。
矯正機(jī)的機(jī)架有多種結(jié)構(gòu)形式。其中,上橫梁采用鑄造實(shí)體結(jié)構(gòu)與機(jī)架框架箱形結(jié)構(gòu)焊接為一體的結(jié)構(gòu)形式是很常見且成系列的一種。機(jī)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、應(yīng)力分布及上橫梁最大變形等,是設(shè)計人員最為關(guān)心的問題。在以往的結(jié)構(gòu)分析中,不管結(jié)構(gòu)形式怎樣相似,只要改變機(jī)架的外形尺寸,就必須重新進(jìn)行有限元分析,重新行單元網(wǎng)格劃分及數(shù)據(jù)處理等一系列繁瑣的工作,才能確定設(shè)計方案的優(yōu)劣,勢必延長工作周期,降低工作效率,為此研制開發(fā)了適用于如圖所示的上梁為“T”形實(shí)體鑄造結(jié)構(gòu)、機(jī)架框架為箱形結(jié)構(gòu)的矯正機(jī)機(jī)架的有限元優(yōu)化專用軟件。旨在以實(shí)體—箱型這種常見的矯正機(jī)機(jī)架組合形式為突破點(diǎn),探索一種在微機(jī)上將優(yōu)化分析方法成功地應(yīng)用在有限元分析工作中的新方法,以方便專業(yè)設(shè)計人員擺脫重復(fù)勞動,提高工作效率,最大限度地提高設(shè)計可靠性,縮短設(shè)計周期。
程序共分為4個模塊:有限元前處理、有限元分析、數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化分析。在總體程序的設(shè)計上,考慮以簡便輸入和簡化操作為主。設(shè)計人員只需根據(jù)圖紙尺寸輸入設(shè)計參數(shù),根據(jù)菜單和屏幕提示進(jìn)行選擇,機(jī)架的有限元分析及優(yōu)化工作均可由程序自動完成。程序可完成的主要功能有:
(1)當(dāng)用戶根據(jù)屏幕提示輸入(或校核)幾何尺寸、設(shè)計參數(shù)時,程序可自動生成有限元分析數(shù)據(jù)文件,
(2)程序可直接對生成的有限元數(shù)據(jù)文件進(jìn)行求解;并提供機(jī)架上橫梁最大位移、最大主應(yīng)力值、最大等效應(yīng)力等信息,可繪制機(jī)架受載后的變形圖和機(jī)架正面及外側(cè)面的等應(yīng)力線圖,
(3)優(yōu)化模塊對設(shè)計方案進(jìn)行外形尺寸及主要板厚的重量優(yōu)化,
(4)可將優(yōu)化結(jié)果直接生成有限元數(shù)據(jù)文件,進(jìn)行有限元分析,可校驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果。由于C語言允許對字節(jié)、地址和指針直接進(jìn)行操作,使用靈活。因此,總體程序的連接模塊采用Turbo C語言編寫。
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