基于cae的桁架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】基于CAE的桁架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法涉及一種基于CAE(計(jì)算機(jī)輔助工程)的桁架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明的發(fā)明目的就是提供一種操作方法簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)出的桁架結(jié)構(gòu)合理可靠的基于CAE的桁架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明的桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法如下：首先，分析桁架的剛度和強(qiáng)度，確定出加固后桁架的最大綜合應(yīng)力，材料屈服強(qiáng)度、安全系數(shù)、設(shè)計(jì)容許變形和最大變形；然后，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，分段計(jì)算桁架的固有頻率；第三，通過對(duì)桁架的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，得出桁架在最大載荷工況下，剛度、強(qiáng)度以及材料利用率的關(guān)系；確定桁架變形量，使桁架的剛度安全系數(shù)小于桁架的強(qiáng)度安全系數(shù)；第四，根據(jù)上述分析結(jié)果，綜合設(shè)計(jì)桁架結(jié)構(gòu)。
【專利說明】基于CAE的桁架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于CAE(計(jì)算機(jī)輔助工程)的桁架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]計(jì)算機(jī)輔助工程包括工程的設(shè)計(jì)指標(biāo)、工程設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)及CAD系統(tǒng)，在CAD系統(tǒng)中應(yīng)強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)人員的主導(dǎo)作用，同時(shí)注重計(jì)算機(jī)所提供的支撐與幫助，以在最短的時(shí)間內(nèi)拿出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案來。同時(shí)，還要注意設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的提取和保存，以使其有效地服務(wù)于工程的整個(gè)生命周期。計(jì)算機(jī)輔助施工管理包括工程進(jìn)度、工程質(zhì)量、施工安全、施工現(xiàn)場(chǎng)、施工人員、物料供給等方面的管理、控制和調(diào)度。它涉及到工程管理學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、質(zhì)量控制等科學(xué)技術(shù)。當(dāng)然，管理人員的自身素質(zhì)是管理工作中的決定因素，必須十分重視管理人員在管理環(huán)節(jié)中的作用。CAE技術(shù)可廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，像各種工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目，例如工廠的建設(shè)，公路、鐵路、橋梁和隧道的建設(shè)；像大型工程項(xiàng)目，例如電站、水壩、水庫、船臺(tái)的建造，船舶及港口的建造和民用建筑等。它還可應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)過程之中，及其它的企業(yè)經(jīng)營(yíng)、管理控制過程中，例如工廠的生產(chǎn)過程、公司的商業(yè)活動(dòng)等。
[0003]現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展是有限元理論和方法取得顯著進(jìn)步的科學(xué)基礎(chǔ)，它將結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計(jì)逐漸發(fā)展為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，從而使產(chǎn)品不僅滿足剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)要求，又具有良好的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性。
[0004]這就對(duì)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平提出了更高的要求，需要找到合理的設(shè)計(jì)方案，使產(chǎn)品不僅滿足性能要求，而且具有最佳的設(shè)計(jì)結(jié)果以避免生產(chǎn)過程中不必要的浪費(fèi)從而使產(chǎn)品設(shè)計(jì)的難度和工作鼉加大。
[0005]靈敏度分析是一種研究模型不確定性問題的重要方法，在建立幾何模型、模型校驗(yàn)和機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化等方面有非常重要的作用。在進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，由于模型的復(fù)雜程度會(huì)給模型優(yōu)化增加難度，利用CAE技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛度、強(qiáng)度和動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析，尋找結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)(特征值和特征向量)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，計(jì)算結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)影響的敏感程度。
[0006]充分掌握結(jié)構(gòu)特征值和特征向量的靈敏度信息對(duì)增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明就是針對(duì)上述問題，提供了一種操作方法簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)出的桁架結(jié)構(gòu)合理可靠的基于CAE的桁架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
[0008]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明的桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法如下。
[0009]首先，分析桁架的剛度和強(qiáng)度，確定出加固后桁架的最大綜合應(yīng)力，材料屈服強(qiáng)度、安全系數(shù)、設(shè)計(jì)容許變形和最大變形。
[0010]然后，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，分段計(jì)算桁架的固有頻率。[0011]第三，通過對(duì)桁架的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，得出桁架在最大載荷工況下，剛度、強(qiáng)度以及材料利用率的關(guān)系；確定桁架變形量，使桁架的剛度安全系數(shù)小于桁架的強(qiáng)度安全系數(shù)。
[0012]第四，根據(jù)上述分析結(jié)果，綜合設(shè)計(jì)桁架結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明的有益效果。
[0014]在進(jìn)行桁架的設(shè)計(jì)過程中，在初步設(shè)計(jì)階段根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提出概念結(jié)構(gòu)，利用CAE技術(shù)分析概念結(jié)構(gòu)在不同工況下的應(yīng)力、變形及其分布規(guī)律和動(dòng)力學(xué)性能，尋找結(jié)構(gòu)性能的特征要素。根據(jù)分析結(jié)果和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提出滿足性能要求的多種結(jié)構(gòu)，利用CAE技術(shù)分析所提出結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能。綜合比較結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，制造的工藝和制造成本等因素，獲得滿足使用功能的最佳結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明是涉及過程中非常有效的方法。
[0015]經(jīng)本發(fā)明優(yōu)化方法設(shè)計(jì)處的方案，其結(jié)果也驗(yàn)證了本發(fā)明的有效性。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明的桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法如下。
[0017]首先，分析桁架的剛度和強(qiáng)度，確定出加固后桁架的最大綜合應(yīng)力，材料屈服強(qiáng)度、安全系數(shù)、設(shè)計(jì)容許變形和最大變形。
[0018]然后，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，分段計(jì)算桁架的固有頻率。
[0019]第三，通過對(duì)桁架的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，得出桁架在最大載荷工況下，剛度、強(qiáng)度以及材料利用率的關(guān)系；確定桁架變形量，使桁架的剛度安全系數(shù)小于桁架的強(qiáng)度安全系數(shù)。
[0020]第四，根據(jù)上述分析結(jié)果，綜合設(shè)計(jì)桁架結(jié)構(gòu)。
[0021]本發(fā)明中所述的CAE 可以使用:Hyperworks, 1-DEAS, Solidfforks Simulation(CAE 仿真部分)或 SolidWorks Motion。
[0022]本發(fā)明描述的方法和系統(tǒng)的各種變化對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是顯而易見的，因此，沒有偏離本發(fā)明的內(nèi)涵和外延；雖然本發(fā)明已經(jīng)通過具體的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是，應(yīng)當(dāng)理解，要求保護(hù)的本發(fā)明不應(yīng)該限定于這些具體的實(shí)施方案，實(shí)際上，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，是顯而易見的，從而，均包括在本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于CAE的桁架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:首先，分析桁架的剛度和強(qiáng)度，確定出加固后桁架的最大綜合應(yīng)力，材料屈服強(qiáng)度、安全系數(shù)、設(shè)計(jì)容許變形和最大變形； 然后，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，分段計(jì)算桁架的固有頻率； 第三，通過對(duì)桁架的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，得出桁架在最大載荷工況下，剛度、強(qiáng)度以及材料利用率的關(guān)系；確定桁架變形量，使桁架的剛度安全系數(shù)小于桁架的強(qiáng)度安全系數(shù)； 第四，根據(jù)上述分析結(jié)果，綜合設(shè)計(jì)桁架結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAE的桁架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述的CAE可以使用:Hyperworks, 1-DEAS, Solidfforks Simulation 或 SolidWorks Motion。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103810308SQ201210443524
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月8日
【發(fā)明者】陶建臣, 唐登明 申請(qǐng)人:陶建臣