基于cae的桁架优化设计方法
【专利摘要】基于CAE的桁架优化设计方法涉及一种基于CAE(计算机辅助工程)的桁架优化设计方法。本发明的发明目的就是提供一种操作方法简单，设计出的桁架结构合理可靠的基于CAE的桁架优化设计方法。本发明的桁架结构设计方法如下：首先，分析桁架的刚度和强度，确定出加固后桁架的最大综合应力，材料屈服强度、安全系数、设计容许变形和最大变形；然后，进行动力学分析，分段计算桁架的固有频率；第三，通过对桁架的静力学和动力学分析，得出桁架在最大载荷工况下，刚度、强度以及材料利用率的关系；确定桁架变形量，使桁架的刚度安全系数小于桁架的强度安全系数；第四，根据上述分析结果，综合设计桁架结构。
【专利说明】基于CAE的桁架优化设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于CAE(计算机辅助工程)的桁架优化设计方法。
【背景技术】
[0002]计算机辅助工程包括工程的设计指标、工程设计的有关参数及CAD系统，在CAD系统中应强调设计人员的主导作用，同时注重计算机所提供的支撑与帮助，以在最短的时间内拿出最优的设计方案来。同时，还要注意设计数据的提取和保存，以使其有效地服务于工程的整个生命周期。计算机辅助施工管理包括工程进度、工程质量、施工安全、施工现场、施工人员、物料供给等方面的管理、控制和调度。它涉及到工程管理学、运筹学、统计学、质量控制等科学技术。当然，管理人员的自身素质是管理工作中的决定因素，必须十分重视管理人员在管理环节中的作用。CAE技术可广泛地应用于国民经济的许多领域，像各种工业建设项目，例如工厂的建设，公路、铁路、桥梁和隧道的建设；像大型工程项目，例如电站、水坝、水库、船台的建造，船舶及港口的建造和民用建筑等。它还可应用于企业生产过程之中，及其它的企业经营、管理控制过程中，例如工厂的生产过程、公司的商业活动等。
[0003]现代计算技术的快速发展是有限元理论和方法取得显著进步的科学基础，它将结构优化设计由传统的静态设计逐渐发展为动态设计，从而使产品不仅满足刚度、强度和稳定性的设计要求，又具有良好的结构动态特性。
[0004]这就对设计人员的设计水平提出了更高的要求，需要找到合理的设计方案，使产品不仅满足性能要求，而且具有最佳的设计结果以避免生产过程中不必要的浪费从而使产品设计的难度和工作鼍加大。
[0005]灵敏度分析是一种研究模型不确定性问题的重要方法，在建立几何模型、模型校验和机构简化等方面有非常重要的作用。在进行复杂结构的结构优化设计过程中，由于模型的复杂程度会给模型优化增加难度，利用CAE技术对结构进行刚度、强度和动力学特性进行分析，寻找结构的性能参数(特征值和特征向量)与结构参数的关系，计算结构参数对系统影响的敏感程度。
[0006]充分掌握结构特征值和特征向量的灵敏度信息对增强系统的稳定性，提高结构动态优化设计效率，缩短设计周期具有重要意义。
【发明内容】
[0007]本发明就是针对上述问题，提供了一种操作方法简单，设计出的桁架结构合理可靠的基于CAE的桁架优化设计方法。
[0008]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明的桁架结构设计方法如下。
[0009]首先，分析桁架的刚度和强度，确定出加固后桁架的最大综合应力，材料屈服强度、安全系数、设计容许变形和最大变形。
[0010]然后，进行动力学分析，分段计算桁架的固有频率。[0011]第三，通过对桁架的静力学和动力学分析，得出桁架在最大载荷工况下，刚度、强度以及材料利用率的关系；确定桁架变形量，使桁架的刚度安全系数小于桁架的强度安全系数。
[0012]第四，根据上述分析结果，综合设计桁架结构。
[0013]本发明的有益效果。
[0014]在进行桁架的设计过程中，在初步设计阶段根据设计经验提出概念结构，利用CAE技术分析概念结构在不同工况下的应力、变形及其分布规律和动力学性能，寻找结构性能的特征要素。根据分析结果和设计经验提出满足性能要求的多种结构，利用CAE技术分析所提出结构的强度、刚度、结构动力学性能。综合比较结构的力学性能，制造的工艺和制造成本等因素，获得满足使用功能的最佳结构。因此，本发明是涉及过程中非常有效的方法。
[0015]经本发明优化方法设计处的方案，其结果也验证了本发明的有效性。
【具体实施方式】
[0016]本发明的桁架结构设计方法如下。
[0017]首先，分析桁架的刚度和强度，确定出加固后桁架的最大综合应力，材料屈服强度、安全系数、设计容许变形和最大变形。
[0018]然后，进行动力学分析，分段计算桁架的固有频率。
[0019]第三，通过对桁架的静力学和动力学分析，得出桁架在最大载荷工况下，刚度、强度以及材料利用率的关系；确定桁架变形量，使桁架的刚度安全系数小于桁架的强度安全系数。
[0020]第四，根据上述分析结果，综合设计桁架结构。
[0021]本发明中所述的CAE 可以使用:Hyperworks, 1-DEAS, Solidfforks Simulation(CAE 仿真部分)或 SolidWorks Motion。
[0022]本发明描述的方法和系统的各种变化对本领域普通技术人员来说是显而易见的，因此，没有偏离本发明的内涵和外延；虽然本发明已经通过具体的优选实施例进行了描述，但是，应当理解，要求保护的本发明不应该限定于这些具体的实施方案，实际上，所属【技术领域】的普通技术人员来说，是显而易见的，从而，均包括在本发明权利要求书的保护范围之内。
【权利要求】
1.基于CAE的桁架优化设计方法，其特征在于:首先，分析桁架的刚度和强度，确定出加固后桁架的最大综合应力，材料屈服强度、安全系数、设计容许变形和最大变形； 然后，进行动力学分析，分段计算桁架的固有频率； 第三，通过对桁架的静力学和动力学分析，得出桁架在最大载荷工况下，刚度、强度以及材料利用率的关系；确定桁架变形量，使桁架的刚度安全系数小于桁架的强度安全系数； 第四，根据上述分析结果，综合设计桁架结构。
2.根据权利要求1所述的基于CAE的桁架优化设计方法，其特征在于:所述的CAE可以使用:Hyperworks, 1-DEAS, Solidfforks Simulation 或 SolidWorks Motion。
【文档编号】G06F17/50GK103810308SQ201210443524
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2012年11月8日
【发明者】陶建臣, 唐登明 申请人:陶建臣