锅炉检修平台梁截面形状优化
摘 要最近这些岁月，因为能源的危机已经产品之间的竞争愈来愈激烈，我们要想办法去减少这些能源之间的消耗，减少生产的成本和提高产品的质量，现如今还是变成我们一个非常重要的研究课题。最好的优化外形设计能够改善产品的外在形状。本篇论文根据现已具备的条件：已知锅炉检修平台梁需满足的静刚度和动刚度要求以及大体尺寸，运用三维建模软件及有限元分析软件等工具，来完成分析课题中的对象，从二维图纸到建立三维模型。通过有限元分析软件工具如ABAQUS，Hyper Mesh对通过二维图纸建立的三维模型进行力学上的模拟仿真分析阐述，最后得到与之有联系的结果然后结合书本的理论来谈论最终结果是否准确。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1国外研究现状 1
1.2.2国内研究现状 2
第二章 有限元 4
2.1有限元发展历史 4
2.2 基本理论 4
2.2.1有限元法的基本思想和基本步骤 4
2.2.2有限单元法的基本原理 5
2.3有限元软件的介绍 5
2.3.1Abaqus 5
第三章 分析与计算 7
3.1研究对象 7
3.2有限元静态分析 8
对于普通的工字梁，我们的实施步骤为 8
第四章 工字梁的优化结果 17
4.1工字梁的优化过程 17
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1课题的研究背景及意义
最近这些岁月，因为能源的危机已经产品之间的竞争愈来愈激烈，我们要想办法去减少这些能源之间的消耗，减少生产的成本和提高产品的质量，现如今还是变成我们一个非常重要的研究课题。最好的优化外形设计能够改善产品的外在形状。跟着电脑的翻天覆地的变化，随着电脑的升级换代现如今一些古板的设计已经不能满足设计师们的日常需求。操纵电脑技术措施的最优化设计法已经获得了很大的进展。随着电脑技术和电脑计算方法的更新换代，有限元分析法在工程设计和科研这一块获得了愈来愈重视，发展
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
，和使用。已经成为做庞大工程分析计算问题的有用的路径，从汽车到航空飞机，太空船几进全部的设计制造行业已经离不了有限元的结果分析计算。特别是在机械制造工业、科学研究、航天产业、能源和科学事业的研究等各个领域的宽泛使用，已使设计水准产生了不一样的变化。自提出有限元法与数学规划法相联系来进行结构优化设计的思想以来，结构优化设计领域产生了革命性的变革。
锅炉维修平台一般由钢结构组合柱和梁、屋面组成一个整体，承担锅炉的全部负荷，最重要的是对梁的选择和安装。通过有限元软件的计算与结果分析，其截面外形最优化技术手段是一种新颖的设计算法法门，它能在设计的早期阶段即构思阶段为设计的人提供假想的设计，其能够给出单个零件甚至是整体全面的结构原型更加合乎实际情况的截面形状优化构造，其目的是为了在质量方面进行减轻，提高该构件的强度与刚度。经过有限元分析可以得出锅炉检修平台梁的许多参数，通过这些参数来判断设计是不是满足要求。例如：强度是适当的，结构是合理的。有限元分析能够对检修平台梁工作的全过程进行模拟，能够有效的节约材料，提高性能和可靠性。截面尺寸优化在通过人家给出的构件的基本构造的雷子，材质，拓扑结构和几何外形的情况下，我们优化各个组成构件的结构尺寸与界面尺寸，使构件的质量变轻，刚度变大强度变高等等，让这个设计在最经济的情况下减少成本的使用。它就是结构优化设计的最基本的档次。本课题通过对检修平台梁截面的形状优化来减重，降低负荷。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
结构优化的初期工作包括年马克思威尔(Maxwell)理论及1904年米歇尔(Michel)对桁条下限的研究工作，这些事情是基于高度理想化的假设，但在结构优化问题和设计方法上都很重要。在20世纪40年代和50年代初，在肖利的“重量和强度分析的飞机结构”，线型规划技术，如Heyman的工作。这种早期的数字作品尤为重要，因为它采用了运筹学的方法来发展数字规划技术来解决结构设计的问题。
有限元结构阐述技术、优化算法和电脑技术在20世纪50年代末的发展，在结构优化设计中取得了很大的进展。六十年代初的结构优化设计迅速发展。六十年代初，国外开始对航空部门的结构进行优化，并很快在民用、造船、机械等部门进行了研究。结构设计的发源可以阐述到六十年代后期福克斯与卡波以及泰勒的奋勉。这些人的事情是分别计算：给定构件的质量；让系统的最低固有的频率变到最大；钻研构造体系的特征值与特征向量；通过这些条件从而讨论悬臂梁最小的截面与最高最低阶的频率管制下的重量优化。尔后最先由纯粹的截面优化开发到了形状优化，外形和截面的共同的优化以及构造的拓扑优化。优化设计是能够最合理的使用质料的性能，从而让构件里面各单元获得最佳的合作,让其具备范例所划定的安全角度方面。从现有的经验，与传统设计相比，优化设计可以降低土建工程造价。1964、多里、吉米、格林伯格等人提出的基础构造的办法（结构法地），将该范畴的数字方法引入，之后拓扑的优化的研究重头活跃了起来，将极少的解析和数值方面的理论被引出来。所以基结构就是一个由结构节点、载荷的作用点和支承点合成的节点集合，集合全部节点之间利用杆件连接的结构。该办法的最简单的思路是：从基结构的模子启呈，使用优化算法( 数学计划法或标准法) ，依据某种规划或桎梏，将少许没什么用处的杆件从基结构中省略，比方截面积到达零或下限的杆件将被删除，并以为最后余下的杆件确定了结构的最优拓扑。于是利用基结构，能够让桁架拓扑优化看成杆件截面优化来处理。经由几十年的成长，优化设计技术已成功应用于建筑、交通、水利、机械等很多范畴。实践证明，结构优化可以减少设计周期、提高设计质量和水准，而且获得了明显的经济效益和社会效益。
1.2.2国内研究现状
国内从1977年之后惟有极少的零星的研究工作。很多的研究工作和工程应用是七十年代早期由钱令希教授提倡而发展起来的。当前我国在这方面也展开了很多的工作。结构形状优化的最主要的特征是，通过给出的构件模型的前提下，经过调整各个构件的内部条件约束等，来提高构件的结构性能和减轻结构质量从而来减少材料的使用降低成本。形状优化从目标上来看，大概有架构的杆系结构和板等连续的物体结构。对于杆系结构而言，最优的形状优化求解办法总体上分为两类。一类办法是综合法，就是将两类变量同时办理，选取无量纲化，架构类似的数学模型来求解。比方周明和夏人伟的变量可分离凸近似问题的序列求解法；教授们的广义变量近似法等。这些办法长处是能够同时思考两类变量的耦合效应,弊端是设计变量数较多、计算工作量非常大，不利于求解大型题目，并且求解时正常只可获得相应的连续变量问题的部分最优解。另外一类的办法是王希诚用较大递解对整体构件进行分层优化的方法；随允康用构造线性分化的方法进行分布求解；孙欢纯等用应用序列的算法去钻研分散的变量的桁架的形状优化的办法；石连栓等运用相对的差商法来进行运算。这种方法的长处就是让原问题拆成了两个规模很小并且简洁求解的子问题,特别很是适用于大型结构的优化设计，弊端是弱化了两类变量的耦合功用，因此一般只能收敛到原问题的局部最优解。蔡文学和程耿东利用模拟退火算法求解桁架结构拓扑优化的全体最优解。架构了一个两重控制的标准处理应力约束，建议出了一个基于力平衡的启发式准则，以实现优化的过程中单元的自动增减。高峰等研究了遗传算法选取实数码及非一致变异对优化成果的影响效果，并用 GA结束多工况、多约束离散变量桁架结构拓扑优化题目。当前我们国家的结构优化中的设计尺寸优化已经愈来愈全面相对比较完善。我们在有优化设计的过程中形状优化越来越完善，越来越成熟，但是对于拓扑优化而言的话现在还处在实践的阶段，这种优化方法被越来越多的学者们，教授们所感兴趣，呈现出越来越多的加速发展的新状态。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1国外研究现状 1
1.2.2国内研究现状 2
第二章 有限元 4
2.1有限元发展历史 4
2.2 基本理论 4
2.2.1有限元法的基本思想和基本步骤 4
2.2.2有限单元法的基本原理 5
2.3有限元软件的介绍 5
2.3.1Abaqus 5
第三章 分析与计算 7
3.1研究对象 7
3.2有限元静态分析 8
对于普通的工字梁，我们的实施步骤为 8
第四章 工字梁的优化结果 17
4.1工字梁的优化过程 17
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1课题的研究背景及意义
最近这些岁月，因为能源的危机已经产品之间的竞争愈来愈激烈，我们要想办法去减少这些能源之间的消耗，减少生产的成本和提高产品的质量，现如今还是变成我们一个非常重要的研究课题。最好的优化外形设计能够改善产品的外在形状。跟着电脑的翻天覆地的变化，随着电脑的升级换代现如今一些古板的设计已经不能满足设计师们的日常需求。操纵电脑技术措施的最优化设计法已经获得了很大的进展。随着电脑技术和电脑计算方法的更新换代，有限元分析法在工程设计和科研这一块获得了愈来愈重视，发展
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
，和使用。已经成为做庞大工程分析计算问题的有用的路径，从汽车到航空飞机，太空船几进全部的设计制造行业已经离不了有限元的结果分析计算。特别是在机械制造工业、科学研究、航天产业、能源和科学事业的研究等各个领域的宽泛使用，已使设计水准产生了不一样的变化。自提出有限元法与数学规划法相联系来进行结构优化设计的思想以来，结构优化设计领域产生了革命性的变革。
锅炉维修平台一般由钢结构组合柱和梁、屋面组成一个整体，承担锅炉的全部负荷，最重要的是对梁的选择和安装。通过有限元软件的计算与结果分析，其截面外形最优化技术手段是一种新颖的设计算法法门，它能在设计的早期阶段即构思阶段为设计的人提供假想的设计，其能够给出单个零件甚至是整体全面的结构原型更加合乎实际情况的截面形状优化构造，其目的是为了在质量方面进行减轻，提高该构件的强度与刚度。经过有限元分析可以得出锅炉检修平台梁的许多参数，通过这些参数来判断设计是不是满足要求。例如：强度是适当的，结构是合理的。有限元分析能够对检修平台梁工作的全过程进行模拟，能够有效的节约材料，提高性能和可靠性。截面尺寸优化在通过人家给出的构件的基本构造的雷子，材质，拓扑结构和几何外形的情况下，我们优化各个组成构件的结构尺寸与界面尺寸，使构件的质量变轻，刚度变大强度变高等等，让这个设计在最经济的情况下减少成本的使用。它就是结构优化设计的最基本的档次。本课题通过对检修平台梁截面的形状优化来减重，降低负荷。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
结构优化的初期工作包括年马克思威尔(Maxwell)理论及1904年米歇尔(Michel)对桁条下限的研究工作，这些事情是基于高度理想化的假设，但在结构优化问题和设计方法上都很重要。在20世纪40年代和50年代初，在肖利的“重量和强度分析的飞机结构”，线型规划技术，如Heyman的工作。这种早期的数字作品尤为重要，因为它采用了运筹学的方法来发展数字规划技术来解决结构设计的问题。
有限元结构阐述技术、优化算法和电脑技术在20世纪50年代末的发展，在结构优化设计中取得了很大的进展。六十年代初的结构优化设计迅速发展。六十年代初，国外开始对航空部门的结构进行优化，并很快在民用、造船、机械等部门进行了研究。结构设计的发源可以阐述到六十年代后期福克斯与卡波以及泰勒的奋勉。这些人的事情是分别计算：给定构件的质量；让系统的最低固有的频率变到最大；钻研构造体系的特征值与特征向量；通过这些条件从而讨论悬臂梁最小的截面与最高最低阶的频率管制下的重量优化。尔后最先由纯粹的截面优化开发到了形状优化，外形和截面的共同的优化以及构造的拓扑优化。优化设计是能够最合理的使用质料的性能，从而让构件里面各单元获得最佳的合作,让其具备范例所划定的安全角度方面。从现有的经验，与传统设计相比，优化设计可以降低土建工程造价。1964、多里、吉米、格林伯格等人提出的基础构造的办法（结构法地），将该范畴的数字方法引入，之后拓扑的优化的研究重头活跃了起来，将极少的解析和数值方面的理论被引出来。所以基结构就是一个由结构节点、载荷的作用点和支承点合成的节点集合，集合全部节点之间利用杆件连接的结构。该办法的最简单的思路是：从基结构的模子启呈，使用优化算法( 数学计划法或标准法) ，依据某种规划或桎梏，将少许没什么用处的杆件从基结构中省略，比方截面积到达零或下限的杆件将被删除，并以为最后余下的杆件确定了结构的最优拓扑。于是利用基结构，能够让桁架拓扑优化看成杆件截面优化来处理。经由几十年的成长，优化设计技术已成功应用于建筑、交通、水利、机械等很多范畴。实践证明，结构优化可以减少设计周期、提高设计质量和水准，而且获得了明显的经济效益和社会效益。
1.2.2国内研究现状
国内从1977年之后惟有极少的零星的研究工作。很多的研究工作和工程应用是七十年代早期由钱令希教授提倡而发展起来的。当前我国在这方面也展开了很多的工作。结构形状优化的最主要的特征是，通过给出的构件模型的前提下，经过调整各个构件的内部条件约束等，来提高构件的结构性能和减轻结构质量从而来减少材料的使用降低成本。形状优化从目标上来看，大概有架构的杆系结构和板等连续的物体结构。对于杆系结构而言，最优的形状优化求解办法总体上分为两类。一类办法是综合法，就是将两类变量同时办理，选取无量纲化，架构类似的数学模型来求解。比方周明和夏人伟的变量可分离凸近似问题的序列求解法；教授们的广义变量近似法等。这些办法长处是能够同时思考两类变量的耦合效应,弊端是设计变量数较多、计算工作量非常大，不利于求解大型题目，并且求解时正常只可获得相应的连续变量问题的部分最优解。另外一类的办法是王希诚用较大递解对整体构件进行分层优化的方法；随允康用构造线性分化的方法进行分布求解；孙欢纯等用应用序列的算法去钻研分散的变量的桁架的形状优化的办法；石连栓等运用相对的差商法来进行运算。这种方法的长处就是让原问题拆成了两个规模很小并且简洁求解的子问题,特别很是适用于大型结构的优化设计，弊端是弱化了两类变量的耦合功用，因此一般只能收敛到原问题的局部最优解。蔡文学和程耿东利用模拟退火算法求解桁架结构拓扑优化的全体最优解。架构了一个两重控制的标准处理应力约束，建议出了一个基于力平衡的启发式准则，以实现优化的过程中单元的自动增减。高峰等研究了遗传算法选取实数码及非一致变异对优化成果的影响效果，并用 GA结束多工况、多约束离散变量桁架结构拓扑优化题目。当前我们国家的结构优化中的设计尺寸优化已经愈来愈全面相对比较完善。我们在有优化设计的过程中形状优化越来越完善，越来越成熟，但是对于拓扑优化而言的话现在还处在实践的阶段，这种优化方法被越来越多的学者们，教授们所感兴趣，呈现出越来越多的加速发展的新状态。
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