[發(fā)明專利]基于CAE的桁架優(yōu)化設(shè)計方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210443524.9
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN103810308A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶建臣;唐登明
• 申請（專利權(quán)）人: 陶建臣
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于CAE(計算機輔助工程)的桁架優(yōu)化設(shè)計方法。

背景技術(shù)

計算機輔助工程包括工程的設(shè)計指標、工程設(shè)計的有關(guān)參數(shù)及CAD系統(tǒng)，在CAD系統(tǒng)中應(yīng)強調(diào)設(shè)計人員的主導(dǎo)作用，同時注重計算機所提供的支撐與幫助，以在最短的時間內(nèi)拿出最優(yōu)的設(shè)計方案來。同時，還要注意設(shè)計數(shù)據(jù)的提取和保存，以使其有效地服務(wù)于工程的整個生命周期。計算機輔助施工管理包括工程進度、工程質(zhì)量、施工安全、施工現(xiàn)場、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)、運籌學(xué)、統(tǒng)計學(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)用于國民經(jīng)濟的許多領(lǐng)域，像各種工業(yè)建設(shè)項目，例如工廠的建設(shè)，公路、鐵路、橋梁和隧道的建設(shè)；像大型工程項目，例如電站、水壩、水庫、船臺的建造，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、管理控制過程中，例如工廠的生產(chǎn)過程、公司的商業(yè)活動等。

現(xiàn)代計算技術(shù)的快速發(fā)展是有限元理論和方法取得顯著進步的科學(xué)基礎(chǔ)，它將結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計由傳統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計逐漸發(fā)展為動態(tài)設(shè)計，從而使產(chǎn)品不僅滿足剛度、強度和穩(wěn)定性的設(shè)計要求，又具有良好的結(jié)構(gòu)動態(tài)特性。

這就對設(shè)計人員的設(shè)計水平提出了更高的要求，需要找到合理的設(shè)計方案，使產(chǎn)品不僅滿足性能要求，而且具有最佳的設(shè)計結(jié)果以避免生產(chǎn)過程中不必要的浪費從而使產(chǎn)品設(shè)計的難度和工作鼉加大。

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、模型校驗和機構(gòu)簡化等方面有非常重要的作用。在進行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程中，由于模型的復(fù)雜程度會給模型優(yōu)化增加難度，利用CAE技術(shù)對結(jié)構(gòu)進行剛度、強度和動力學(xué)特性進行分析，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，計算結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)影響的敏感程度。

充分掌握結(jié)構(gòu)特征值和特征向量的靈敏度信息對增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是針對上述問題，提供了一種操作方法簡單，設(shè)計出的桁架結(jié)構(gòu)合理可靠的基于CAE的桁架優(yōu)化設(shè)計方法。

為實現(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)計方法如下。

首先，分析桁架的剛度和強度，確定出加固后桁架的最大綜合應(yīng)力，材料屈服強度、安全系數(shù)、設(shè)計容許變形和最大變形。

然后，進行動力學(xué)分析，分段計算桁架的固有頻率。

第三，通過對桁架的靜力學(xué)和動力學(xué)分析，得出桁架在最大載荷工況下，剛度、強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)小于桁架的強度安全系數(shù)。

第四，根據(jù)上述分析結(jié)果，綜合設(shè)計桁架結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果。

在進行桁架的設(shè)計過程中，在初步設(shè)計階段根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗提出概念結(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)計經(jīng)驗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)的強度、剛度、結(jié)構(gòu)動力學(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。

經(jīng)本發(fā)明優(yōu)化方法設(shè)計處的方案，其結(jié)果也驗證了本發(fā)明的有效性。

具體實施方式

本發(fā)明的桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計方法如下。

首先，分析桁架的剛度和強度，確定出加固后桁架的最大綜合應(yīng)力，材料屈服強度、安全系數(shù)、設(shè)計容許變形和最大變形。

然后，進行動力學(xué)分析，分段計算桁架的固有頻率。

第三，通過對桁架的靜力學(xué)和動力學(xué)分析，得出桁架在最大載荷工況下，剛度、強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)小于桁架的強度安全系數(shù)。

第四，根據(jù)上述分析結(jié)果，綜合設(shè)計桁架結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明中所述的CAE可以使用：Hyperworks，?I-DEAS，SolidWorks?Simulation（CAE仿真部分）或SolidWorks?Motion。

本發(fā)明描述的方法和系統(tǒng)的各種變化對本領(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)選實施例進行了描述，但是，應(yīng)當(dāng)理解，要求保護的本發(fā)明不應(yīng)該限定于這些具體的實施方案，實際上，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)利要求書的保護范圍之內(nèi)。