基于ANSYS的人字架的优化设计.doc

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1、陕西理工学院毕业论文（设计）基于ANSYS的人字架的优化设计摘要：有限元法是一种离散化的方法来描述数学表述中的连续体问题。它是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算法，是20世纪50年代首先在连续力学领域飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效地数值分析方法，随后很快就广泛地用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。本课题将有限元法与优化技术有机的结合起来，对人字架结构进行分析和优化设计。优化设计的基本原理是通过优化模型的建立，运用各种优化方法，在满足设计要求的条件下迭代计算，求得目标函数的极值，得到最优化设计方案。人字架的优化过程中，采用的是一阶优化方法，其中设计变量是人字架的

2、高h和钢管的平均直径D，约束条件即状态变量是钢管的许用压应力和失稳临界应力，目标函数是人字架的总重量。通过对优化问题的分析，建立参数化模型、求解及优化设置，可以发现ANSYS软件分析的结果与理论计算情况基本一致。利用ANSYS对人字架进行优化设计，整个建模、分析过程充分说明ANSYS软件为人字架的结构设计提供了可靠、高效的理论依据，并为以后相似问题的分析设计提供了参考。关键词：有限元，人字架，ANSYS，优化设计According to ANSYS person word of excellent turn a designAbstract: The limited dollar method

3、 is a kind of method that is long-lost to turn to describe the continuous body problem in mathematics description.It is a kind of modern calculation method that quickly develops with the development of computer, a 50s in 20th century first the structure is quiet at the continuous mechanics realm-air

4、plane, dynamic state characteristic analytical in a kind of applied availably number analysis method, later on soon Be broadly used for solving hot continuous sex problems, such as conduction and electromagnetism field, fluid mechanics.etc.This topic limited dollar method with excellent the organic

5、knot turning a technique put together, to person word the structure carry on analytical and excellent turn a design.Is excellent to turn the basic principle of design is pass excellent turn the establishment of model, make use of various excellent method of turning, under the sistuation that satisfy

6、 a design request Die generation calculation, beg the pole value of target function, get superior turn to design a project.Person word of excellent turn process in, adoption of is that one rank is excellent to turn a method, among them, the design changes the quantity is the high h of the word and t

7、he average diameter D of the steel pipe of person, control a condition namely the status change the quantity is Xu Yong of the steel pipe and press in response to the dint and lose steady critical in response to the dint, the target function is the total weight of the word of person.Pass to excellen

8、t turn the analysis of the problem, build up parameter and turn model, solve and excellent turn a constitution, can discover that result and theory of ANSYS software analysis compute a circumstance basic consistent.Make use of ANSYS carries on to the person word excellent turn a design, the whole mo

9、del, analysis the process well explain that the structure design of the ANSYS software behavior word provided credibility, efficiently of theory basis, and for the analysis design of alike problem hereafter provided a reference.Key words: Limited dollar,Person word, ANSYS ,Excellent to turn a design

10、.目录1前言51.1人字架简介51.2有限元软件ANSYS的介绍61.2.1ANSYS软件的功能71.2.2ANSYS软件的主要技术特点91.3优化设计的介绍101.3.1优化设计中的基本概念101.3.2优化设计的步骤112基于ANSYS的人字架的优化设计152.1人字架优化问题分析152.2人字架的优化设计162.2.1人字架优化设计的前处理162.2.2 人字架优化设计的求解212.2.3 人字架的优化设置222.2.4查看优化结果282.2.5人字架优化设计的理论计算302.2.6人字架优化结果讨论333.小结34致谢35参考文献36外文翻译371前言1.1人字架简介随着经济的发展，人

11、字架在现代的生产中占据着很重要的地位，在工业生产中，人字架的应用很普遍。例如，门式起重机的主要构件之一就是人字架，它与转台、转柱构成了门式起重机臂架系统和平衡系统的支撑结构。如下图1-1所示。图 1-1人字架也应用在航空航天领域，尤其是在一些军用飞机上，人字架的作用极其重要，如下图1-2所示。 图 1-2在我们的日常生活中，人字架也是随处可见的。比如人字架梯子、公共场合的餐桌，还有著名的天津摩天轮，也是采用人字结构作为基本支承的。如图 1-3所示。 图 1-31.2有限元软件ANSYS的介绍ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件,是典型的CAE(Comput

12、er Aid Engineering)软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有

13、灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。目前版本为ANSYS10.0版，其微机版本要求的操作系统为Windows 95或Windows NT,也可运行于UNIX系统下。微机版的基本硬件要求为：显示分辨率为1024768，显示内存为2M以上

14、，硬盘大于350M，推荐使用17英寸显示器。其前处理器(pre-processor)能够建立被分析对象的几何模型,并进行有限元网格自动划分以及各种材料属性和求解单元的设置;强大的求解器(solution)可对各种加载进行分步求解;功能丰富的后处理器(general Processor)提供了对结果进行有效分析的工具(如下图)。大大地简化了设计人员在有限元分析完成后的数据处理和结果分析,缩短了设计周期。本课题是利用ANSYS对人字架进行优化设计，此人字架模型由两根钢管组成，对它的高度h及钢管的平均直径D进行优化，得到最优值，从而使人字架的重量为最优，达到节省材料，经济，耐用的目的。1.2.1 A

15、NSYS软件的功能ANSYS包括以下主要功能模块： 结构分析 热分析 电磁分析 流体分析（CFD） 耦合场分析多物理场1、 结构分析结构分析包括以下类型： 静力分析用于静态载荷。可以考虑结构的线性及非线性行为，例如大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹性及蠕变等。 模态分析计算线性结构的自振频率及振型，谱分析是模态分析的扩展，用于计算由随机振动引起的结构应力和应变（也叫做响应谱或PSD） 谐响应分析确定线性结构对时间按正弦曲线变化的载荷的响应。 瞬态动力学分析确定结构对时间任意变化的载荷的响应。可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为。 特征屈曲分析用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状（结

16、合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析） 专项分析断裂分析、复合材料分析、疲劳分析。专项分析用于模拟非常大的变形，惯性力占支配地位，并考虑所有的非线性行为。它的显示方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效地方法。2、 ANSYS热分析热分析一般不是单独的，其后往往进行结构分析，计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力。热分析包括以下类型： 相变（融化及凝固）金属合金在温度变化时的相变，如铁合金中马氏体与奥氏体的转变。 内热源（例如电阻发热）存在热源问题，如加热炉中对试件进行加热。 热传导热传递的一种方式，当相接触的两物体存在温差时发生。 热对流热传递的一种方式，当存在流体、气体

17、和温度差事发生。 热辐射热传递的一种方式，只要存在温度差就会发生，可以在真空中进行。3、 ANSYS电磁分析电磁分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、耗能及磁通量泄露等。磁场可由电流、永磁体、外加磁场等产生。磁场分析包括以下类型： 静磁场分析计算直电流（DC）或永磁体产生的磁场。 交变磁场分析计算由于交流（AC）产生的磁场。 瞬态磁场分析计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场。 电场分析用于计算电阻或电容系统的电场。典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。 高频电磁场分析用于微波及RF无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析。4、 ANSYS流

18、体分析流体分析主要用于确定流体的流动及热行为。流体分析包括以下类型： CFD（Coupling Fluid Dynamic耦合流体动力）ANSYS/FLOTRAN提供强大的计算流体动力学分析功能，包括不可压缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多组分流等。 声学分析考虑流体介质与周围固体的相互作用，进行声波传递或水下结构的动力学分析等。 容器内流体分析考虑容器内的非流动流体的影响。可以先确定由于晃动引起的静力压力。 流体动力学耦合分析在考虑流体约束质量的动力响应基础上，在结构动力学分析中使用流体耦合单元。5、ANSYS耦合场分析耦合场分析主要考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如果两个物理场之间相互

19、影响，单独求解一个物理场是不可能得到正确的结果的，因此需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。例如：在压电力分析中，需要同时求解电压分析（电厂分析）和应变（结构分析）。1.2.2 ANSYS软件的主要技术特点ANSYS软件的主要技术特点包括以下12个方面：1) ANSYS软什可实现前后处理、分析、求解以及多次分析中数据库相统一的有限元分析。2) ANSYS软件可进行建模、加载与求解和分析结果输出。3) ANSYS软件是具有快速求解器和最早采用并行计算技术的FEM软什。4) ANSYS软件具有智能网格划分功能。5) ANSYS软件具有强大的非线性分析功能。6) ANSYS软件支持从微机

20、、工作站到大型计算机乃至巨型计算机的所有硬件平台， 且用户界面是统一的。7) ANSYS软件可实现在微机、工作站到大型计算机乃至巨型计算机的所有硬件平台上的数据文件兼容。8) ANSYS软件可与大多数CAD软件进行数据交换。9) ANSYS软件具有良好的用户自己开发环境和自动生成分析报告等功能10）ANSYS软件是具有独一无二的优化功能以及流场优化功能的分析软件。11） ANSYS软件具有多层次、多种类的计算分析模块。12） ANSYS软件是唯一具有多场及多场耦台功能的大型通用有限元分析软件。1.3优化设计介绍ANSYS优化设计的对象很广泛,比如,尺寸(如厚度)、形状(过渡圆角的大小)、支撑位

21、置、制造费用、自然频率、材料特性等。实际上,所有可以参数化的ANSYS选项都可以作为优化设计。ANSYS程序提供了两种常用优化设计的方法,即零阶方法和一阶方法,这两种方法可以处理绝大多数的优化问题。零阶方法是一个很完善的处理方法,能有效地处理大多数的工程问题。一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度,因此更加适合于精度的优化分析。对于上述两种方法, ANSYS软件提供了一系列的分析-评估-修正的循环过程。就是对于初始设计进行分析,对分析结果就设计要求进行评估,然后修正设计。这一循环过程重复进行直到所有的设计要求都满足为止。1.3.1优化设计中的基本概念在介绍优化设计过程之前，我们先给出一些基本

22、的定义：设计变量，状态变量，目标函数，合理和不合理的设计，分析文件，迭代，循环，设计序列等。1）设计变量（DVs）为自变量，优化结果的取得就是通过改变设计变量的数值来实现的。每个设计变量都有上下限，它定义了设计变量的变化范围。2）状态变量（SVs）是约束设计的数值。它们是“因变量”，是设计变量的函数。状态变量可能会有上下限，也可能只有单方面的限制，即只有上限或只有下限。3）目标函数（OBJ）是要尽量减小的数值。它必须是设计变量的函数，也就是说，改变设计变量的数值将改变目标函数的数值。在ANSYS优化程序中，只能设定一个目标函数。4）设计变量，状态变量和目标函数总称为优化变量。在ANSYS优化中

23、，这些变量是由用户定义的参数来指定的。用户必须指出在参数集中哪些是设计变量，哪些是状态变量，哪些是目标函数。5）一个合理的设计是指满足所有给定的约束条件（设计变量的约束和状态变量的约束）的设计。如果其中任一约束不被满足，设计就被认为是不合理的。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值的设计。6）分析文件是一个ANSYS的命令流输入文件，包括一个完整的分析过程（前处理、求解、后处理）。它必须包含一个参数化的模型，用参数定义模型并指出设计变量、状态变量和目标函数。由这个文件可以自动生成优化循环文件（Jobname.LOOP），并在优化中计算循环处理。7）一次循环指一个分析周期（可以理

24、解为执行一次文件分析）。最后一次循环的输出存储在文件Jobname.OPO中。优化迭代（或仅仅是迭代过程）是产生新的设计序列的一次或多次分析循环。一般来说，一次迭代等同于一次循环。但对于一阶方法，一次迭代代表多次循环。8）设计序列是指确定一个特定模型的参数的集合。一般来说，设计序列由优化变量的数值来确定的，但所有的模型参数（包括不是优化变量的参数）组成了一个设计序列。优化数据库记录当前的优化环境，包括优化变量定义，参数，所有优化设定，和设计序列集合。该数据库可以存储，也可以随时读入优化处理器。分析文件必须作为一个单独的实体存在，优化数据库不是ANSYS模型数据库的一部分。共有两种方法实现ANS

25、YS优化设计：批处理方法和通过GUI交互式地完成。1.3.2优化设计的步骤ANSYS软件中优化设计的步骤如下图 1-4所示：图1-4 优化设计的步骤 其中生成循环所用的文件必须包括整个分析的过程，而且必须满足以下条件： 参数化建立模型（PREP7）。 求解（SOLUTION）。 提取并指定状态变量和目标函数（POST1/POST26）。 在ABSYS数据库里建立与分析文件中变量相对应的参数。这一步是标准的做法，但不是必须的（BEGIN或OPT）。 进入OPT，指定分析文件（OPT）。 声明优化变量。 选择优化工具或优化方法。 指定优化循环控制方式。 进行优化分析。 查看设计序列结果（OPT）和

26、后处理（POST1/POST26）。具体的优化设计过程如下：1、分析文件的生成分析文件生成是ANSYS优化设计过程中的关键部分。ANSYS程序运用分析文件构造循环文件，进行循环文件。分析文件中可以包括ANSYS提供的任意分析类型（结构，热，电磁等，线性或非线性）在分析文件中，模型的建立必须是参数化的（通常是优化变量为参数），结果也必须用参数来提取（用于状态变量和目标函数）。优化设计中也只能使用参数数值。建立分析文件有两种方法：用系统编辑器逐行输入；交互式地完成分析，将ANSYS的LOG文件作为基础建立分析。不论采用哪种方法，分析文件需要包括的内容都是一样的。1） 参数化建立模型用设计变量作为参

27、数建立模型的工作是在PREP7中完成的。ANSYS可以对设计的任何方面进行优化：尺寸，形状，材料性质，支撑位置，所加载荷等，唯一要求就是将其参数化。设计变量可以在程序的任何部分初始化，一般是在PREP7中定义。这些变量的初值只是在设计计算的开始用得到，在优化循环过程中会被改变。2） 求解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。分析中所用到的数据都要指出：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） 参数化提取结果在本歩中，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

28、用*GET命令实现。通常用POST1来完成本步操作，特别是涉及到数据的存储，加减或其他操作。4） 分析文件的准备如果用系统编辑器来编辑的批处理文件，那么简单地存盘进入第二步即可。如果是用交互方式建模的话，用户必须在交互环境下生成分析文件。2、建立优化过程中的参数在完成了分析文件的建立以后，就可以开始优化分析了（如果在系统中建立的分析文件的话，就要重新进入ANSYS）。如果在交互方式下进行优化，最好（但不是必须）从分析文件中建立参数到ANSYS数据库中来（在批处理方式下除外）。3、进入OPT，指定分析文件（OPT）在交互方式下，用户必须指定分析文件名。这个文件用于生成优化循环文件Jobname.

29、LOOP。分析文件名无默认值，因此必须输入。在批处理方式下，分析文件通常是批命令流的第一部分，从文件的第一行到命令/OPT第一次出现。在批处理方式中，默认的分析文件名是Jobname.BAT（它是一个临时性文件，是批处理输入文件的一个复制）。因此，在批处理方式下通常不用指定分析文件名。但是，如果出于某种考虑将文件分成两个部分（一个用于分析，另一个用于整个优化分析），那么就必须在进入优化处理器后指定分析文件OPANL。4、 声明优化变量声明优化变量，即指定哪些参数是设计变量，哪些参数是状态变量，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。对于设计

30、变量和状态变量可以定义最大和最小值。目标函数不需要给定范围。每一个变量都有一个公差值，这个公差值可以由用户输入，也可以选择由程序计算得出。如果用OPVAR命令定义的参数名不存在，ANSYS数据库中将自动定义这个参数，并将初始值设为零。用户可以在任意时间简单地通过重新定义参数的方法来改变已经定义过的参数，也可以删除一个优化变量OPVAR,Name,DEL。这种删除操作并不真正删除这个参数，而是不将它继续作为优化变量而已。5、 选择优化工具或优化方法ANSYS程序提供了一些优化工具和方法。默认方式是单次循环。优化方法是使单个函数（目标函数）在控制条件下达到最小值的传统化的方法。有两种方法可用：零阶

31、方法和一阶方法。除此之外，用户可以提供外部的优化算法替代ANSYS本身的优化方法。使用其中任何一种方法之前，必须先定义目标函数。优化工具是搜索和处理设计空间的技术。因为求最小值不一定是优化的最终目标，所以目标函数在使用这些优化工具时可以不指出。但是，必须要指定设计变量。6、 指定优化循环控制方式每种优化方法和工具都有相应的循环控制参数，比如最大迭代次数等。用户还可以控制几个循环特性，包括分析文件在循环中如何读取。可以从第一行读取（默认），也可以从第一个/PREP7出现的位置开始读取；设定为优化变量的参数可以忽略（默认），也可以在循环中处理，而且，用户可以指定循环中存储哪种变量，只存储数值变量还

32、是存储数值变量和数组变量。这个功能可以在循环中控制参数的数值（包括设计变量和非设计变量）。7、 进行优化分析所有的控制选项设定好以后，就可以进行分析了。在执行时，优化循环文件（Jobname.LOOP）会根据分析生成。这个循环文件对用户是透明的，并在分析循环中使用。循环在满足下列情况时终止：收敛；中断（不收敛，但最大循环次数或是最大不合理的数目达到了）；分析完成。如果循环是由于模型的问题（如网格划分有问题，非线性求解不收敛，与设计变量数值冲突等）中断时，优化处理器将进行下一次循环。如果是在交互方式下，程序将显示一个警告信息并询问是继续还是结束循环。如果是在批处理方式下，循环将自动继续。所有优化

33、变量和其他参数在每次迭代后将存储在优化数据文件（Jobname.OPT）中。最多可以存储130组这样的序列。如果已经达到了130个序列，那么其中数据最“不好”的序列将被删除。8、 查看设计序列结果优化循环结束后，可以用本部分介绍的命令或相应的GUI路径来查看设计序列。这些命令适用于任意优化方法和工具生成的结果。2 基于ANSYS的人字架的优化设计2.1人字架优化问题分析该优化设计的对象人字架由两根钢管构成，底端全固定，上端由销钉连接，钢管材料的弹性模量E=2.1105MPa，材料密度=7.8103kg/m3,许用压应力y=420MPa，在人字架的顶点受到一个外部载荷2F=N。如图2-1所示。已

34、知人字架跨度2B=152cm，钢管壁厚T=0.25cm，优化设计的问题就是在钢管压应力不超过许用压应力和失稳临界应力的条件下，求人字架的高h和钢管平均直径D，使钢管总质量m为最小，从而达到优化设计的目的，即最优设计方案。图2-1人字架结构简图由于该人字架由两根同样的钢管构成，两根钢管承受相同的力，所以取其一根进行有限元分析。2.2人字架的优化设计2.2.1人字架优化设计的前处理（1）用交互方式启动ANSYS，选择【开始】【程序】【ANSYS10.0】，即可启动，进入ANSYS界面。（2）从实用菜单中选择Utility Menu：FileChange Jobname,在弹出的Change Job

35、name对话框中输入文件名为Optimization,单击OK按钮。如下图22所示。图2-2 定义工作标题（3）关闭坐标符号的显示：Utility MenuPloCtrlsWindow ControlsWindow Options命令，弹出Window Options对话框。在Location of triad下拉式选择栏中选择No Shown,单击OK按钮，如图2-3所示。图2-3关闭坐标显示 （4）定义参数初始值：Utility MenuParametersScalar Parameters命令，弹出如图2-4所示的Scalar Parameters对话框，在Selection下的文本框中

36、分别输入下表数据。 单位：m、N、MPaD=0.08T=0.0025F=150000=7800A=TDF1=h=1B=0.76E=2.1e11=3.14I=图2-4参数初值的输入对话框（5）定义单元类型：Main MenuPreprocessorElement TypeADD/Edit/Delete命令，弹出Element Type对话框。单击Add按钮，弹出Library of element type对话框，在左边列中选择Structural Beam在右边列中选择3D elastic 4,如图2-5所示，单击OK按钮，选择close,完成单元类型的设置。图2-5选择单元类型对话框（6）设

37、置材料属性：Main MenuPreprocessorMaterial Model命令，弹出如图45所示的Define Material Model Behavior对话框。在Material Model Available下双击打开StructuralLinearElasticIsotropic,弹出Linear Isotropic Material Properties for Material number1对话框，输入E=2.1e11,PRXY=0.3,单击OK按钮，双击打开StructuralDensity,弹出Density for Material Number1对话框，输入DE

38、NS=7.8e3，单击OK按钮，菜单栏上的MaterialExit,完成材料属性的设置，如图2-6所示。图2-6输入材料属性对话框（7）定义实常数：Main menuPreprocessorReal constants命令，弹出Real constants对话框。单击Add按钮，又弹出Element Type for Real Constants对话框，单击OK按钮，弹出如图2-7所示的Real Constant Set Number 1,for BEAM4对话框，在相应的栏中输入图中所示数据，单击OK 按钮。图2-7单元横截面积设置对话框(8) 生成有限元节点：Main menuPrepro

39、cessorModelingCreateKeypointsIn Active CS命令，弹出如图2-8所示的Create Keypoints in Active Coordinate System对话框，在NPT Keypoint nimber后面的文本框中输入1，其坐标值为:0,0,0,单击Apply按钮，在NPT Keypoint nimber后面的文本框中输入2，其坐标值为:L,0,0,单击OK按钮,生成结果如图2-9所示。 图2-8生成关键点对话框图2-9生成关键点的结果显示（9）打开节点编号显示：Utility MenuPloCtrlsNnmbering命令，弹出Plot Numbe

40、ring Controls对话框。选择Keypoints Numbering复选框，单击OK按钮。（10）连接关键点生成直线：Main menuPreprocessorModelingCreateLinesIn Active Coord命令，弹出一个拾取框，拾取编号为1和2的点，单击OK按钮。结果如图2-10所示。 图2-10生成的直线结果显示 2.2.2人字架优化设计求解（1）施加边界约束：Main Menu Preprocessor LoadsApplyStructuralDisplacementOn Keypoint命令，弹出一个拾取框。拾取编号为2.的点，单击OK按钮，弹出Apply

41、U,ROT on Nodes的对话框。在DOFs to be constrained选择栏中选择ALL DOF,单击Apply按钮;拾取编号为1的点，单击OK按钮，弹出Apply U,ROT on Nodes的对话框。在DOFs to be constrained选择栏中选择UY、UZ，单击OK按钮，其结果显示如图2-11所示。 （2）施加集中载荷：Main Menu Preprocessor LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Keypoint 命令，弹出一个拾取框。拾取编号为1的节点，单击OK按钮，弹出Apply F/M on Nodes的对话框，如下图所

42、示，在Direction of force/m om下拉列表框中选择FX，在Force/Moment Value文本框中输入F1，单击OK按钮。其结果如图2-11所示。图2-11施加约束和载荷后的结果显示(3)定义网格：Main Menu PreprocessorMeshingSize CntrlsManualSize.LinesAll Lines,弹出如图2-12所示对话框，在Element edge length后面的文本框中输入0.01。单击ok按钮关闭对话框。图2-12单元尺寸（4）划分网格：Main Menu PreprocessorMeshingLines,在弹出的对话框中单击Pi

43、ck All按钮，对直线进行单元划分。（5）保存数据：单击工具栏中的Save-DB按钮。（6）求解运算：Main MenuSolutionSolveCurrent LS命令，弹出一个信息提示框和对话框，浏览完毕后菜单上的FileClose,单击OK按钮，开始求解运算，当出现一个Solution is done的信息提示框时，单击Close按钮，完成求解运算。（7）保存优化结果到文件：Utility MenuFileSave as,在弹出的对话框中，输入文件名为Optimization-resu,单击OK按钮。2.2.3人字架的优化设置（1）定义单元表：Main MenuGeneral Post

44、procElement TableDefine Table命令，弹出Element Table Data对话框，如图2-13所示。单击Add按钮，弹出如图2-14所示的Define Additional Element Table Items对话框。在User Label for item后面的文本框中输入EVOL,又在Item,Comp Results Data Item的左栏中选择Geometry,在右栏中选择Elem Volume VOLU,单击OK按钮，单击Apply按钮。图2-13单元表格数据对话框图2-14定义单元表格项目对话框（2）计算单元体积的总和：Main MenuGener

45、al PostprocElement TableSum of Each Item命令，弹出Tabular Sum of Each Element Table Item对话框，单击OK按钮，弹出一个信息窗口，在窗口中显示体积总和为0.788784E-03。选择该窗口菜单栏上的FileClose，关闭该窗口。（3）取出体积的值：Utility MenuParametersGet Scalar Data命令，弹出Get Scalar Data对话框。在Type of Data to be Retrieved的左栏中选择Results Data，在右栏中选择Elem Table Sums,单击OK按钮

46、，弹出Get Element Table Sum Results对话框，如图2-15所示，在Name of Parameters to be Defined后面的文本框中输入VTOT，单击OK按钮关闭对话框。图2-15读出总体积值的对话框（4）计算初始重量：Utility MenuParameters Scalar Parameters命令，弹出Scalar Parameters对话框，在Selection下面的文本框中输入RHO=7800，点击Accept键，又在Selection下面的文本框中输入WT=RHO*VTOT，点击Accept键，总的重量将计算并显示在该对话框中，总重量应为6.1

47、525152。单击Close按钮关闭该对话框。（5）定义单元应力：Main MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table命令，弹出Element Table Data对话框，单击Add按钮，弹出如图2-16所示的Define Additional Element Table Items对话框。在User Lable for Item后面的文本框中输入smax_i，又在Item,Comp Results Data Item 的左栏中选择By Sequence Num,在右栏中选择NMISC，在其下面出现的NMISC后面的文本框中输入1（表示序列号为1），单击OK按钮，又单击Element