VC++的ANSYS船用齿轮箱专用优化设计分析软件

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摘要：本文以VC++开发语言为工具，阐述了利用ANSYS软件的参数化设计语言（APDL）语言对ANSYS进行二次开发的实施思想及过程，为进一步进入实质性的开发工作理清了思路。

关键词：ANSYS 有限元优化齿轮箱

一、有限元技术历程

CAE的理论基础起源于20 世纪40 年代,自1943 年数学家Courant 第一次尝试用定义在三角形区域上的分片连续函数的最小位能原理来求解St . Venant 扭转问题以来,一些应用数学家、物理学家和工程师也由于种种原因涉足有限元的概念,直到1960 年以后,随着电子计算机的广泛应用和发展,有限元技术依靠数值计算方法,才迅速发展起来。自从1963 —1964 年Besseling、melosh和Jones 等人证明了有限元法是基于变分原理的里兹(Ritz) 法的另一种形式,从而使得里兹分析的所有理论基础都适应于有限元法,确认了有限元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。以此为理论指导,有限元法的应用已由弹性力学的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、动力学问题和波动问题;分析对象从弹性材料扩展到塑性、粘塑性和复合材料,从固体力学扩展到流体力学、传热学等连续介质力学领域。将有限元分析技术逐渐由传统的分析和校核扩展到优化设计,并与计算机辅助设计和辅助制造密切结合,形成了现在CAE 技术的框架。49441资料文件夹

经过60 多年的发展,有限元技术已趋于成熟,普遍为工程界所接受。并开发了相应的有限元分析软件。这些软件在功能、性能、使用上均达到了比较高的水平。在功能上,影响软件的前处理器可以调用CAD 中的几何模型,可以便捷地实现网格划分及自动划分,灵活地施加各类便捷条件,定义材料特性,设置不同的计算工况,对特殊问题实现用户子程序的调用等;求解器带有适合不同问题的求解算法(线性方程组、非线性方程组、特征值等) ;后处理器可给出所需要的可视化的技术结果(等值线、等值面、云图、动画等) 。性能上,可完成线性于非线性问题、静力与动力问题、多材料、各类边界条件、类工程(机械、电磁、土木等) 问题的求解.

二、优化分析技术的发展[1]

1）结构优化技术的发展

结构优化方法中早期采用的是基于直觉的准则法,如满应力准则法、满应变准则法等。20 世纪60 年代数学规划法引入结构优化设计中,标志着现代优化设计的开始, 数学规划法中的复合形法、可行方向法、惩罚函数法等在结构优化设计中得到了广泛的应用。70年代出现了优化准则法,其思想是将设计问题的力学特性与数值方法中的各种近似手段相结合,把高度非线性问题转化为一系列近似的带显示约束问题,然后借助于数学规划法进行求解。80 年代以后,结构优化设计开始应用于工程优化设计中,并形成了专门研制的工程优化设计软件。随着计算机技术的发展,工程优化设计软件规模不断扩大,从最初的十几个变量发展上万个变量,从最初的结构尺寸参数优化,到现今的结构形状优化等。目前具有结构优化功能的软件有十多种;如专用的结构优化设计软件SAPOP、ASTROS、OASIS 等,其中拥有我国自主版权的DDDU ; 而在有限元分析软件中带有优化设计功能的软件ANASYS、MSC. NASTRAN 等,还有与CAD 相集成的优化设计软件MSC. VisualNastran 等。

2）结构强度与寿命评估的发展

由于结构的速度、经济性、耐久性、可靠性的不断提高,以及不断地减轻结构的重量,结构强度与寿命评估变得越来越复杂,越来越重要。用复杂机电产品的选型时,要了解的已不仅是设备的强度指标,还包含设备的使用寿命指标,生产厂家必须向用户回答在什么情况下厂家提供的设备可靠工作多少年。要进行结构强度与寿命评估需要借助于有关的理论、方法、行业上的规范以及材料的数据,这些理论、方法、数据大都是经过大量实验、工程实践总结归纳出来的,国外将这方面的科研成果编制成软件。如MSC. FATIGUE 软件、MSC. MARC 软件中的失效与破坏分析模块。由于我国国情不同,尤其是评估的数据库内容的不同,需要有适合我国国情的评估体系/ 我国在结构强度与寿命评估的理论、方法、规范及其数据库方面也取得了一定进展,但还有很大的差距,目前还没有成熟的软件可供使用,但在CAE 系统中有关结构强度与寿命评估的内容是必不可少的。