基于仿真的优化 matlab ansys,桁架结构优化的MATLAB和ANSYS联合仿真

马学莉等 ：桁架结构优化的 MATLAB和ANSYS联合仿真 桁架结构优化的 MATI,AB和 ANSYS联合仿真 马学莉， 杨海霞 【河海大学 工程力学 系。 南京 210098) 【摘 要】 采用基本粒子群优化算法，对桁架结构在满足位移约束及应力约束条件下进行重量最轻优化设 计。桁架杆件的应力和节点位移由ANSYS求得并传递给 MATLAB编写的优化程序 ，经过 MATLAB优化得到的杆 件面积再返回给 ANSYS，如此反复直至结果满足精度要求。数值算例表明将 MATLAB和 ANSYS联合优化应用于 桁架结构优化设计是有效可行的。 【关键词】 联合仿真；基本粒子群算法；有限元分析；桁架结构；优化设计 【中图分类号】 TU311．41 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2014)12—0069—03 优化设计 从多种方案中选择最佳方案的设计方法。 它以数学中的最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设 计所追求的性能目标 ，建立 目标函数，在满足给定的各种约 束条件下 ，寻找最优的设计方案。在工程应用中，经常需要 使重量、面积、体积、应力、费用等达到极小化，同时必须保 证材料在许用工作范围内工作，结构的强度和刚度也必须 达到足够安全的标准，以及结构不会发生失稳，振动幅值、 速度 或加速度等动力响应指标不能超过许用 范围等。 ANSYS软件是目前最为通用和有效的商用有限元软件 之一，它将结构、热、流体、电磁、声学融为一体，可广泛应用 于众多的一般工程应用和科学研究领域，具有较强分析功 能。MATLAB软件具有高效数值计算功能和完备的图形处 理功能，能实现计算结果和编程可视化。通过 MATLAB这 个强大的计算平台，既可以利用 MATLAB优化工具箱(Opti- mization Toolbox)中的函数，又可以通过对算法编程实现相 应的最优化计算。我们经常会用 ANSYS计算得到一些数 据，之后再用 MATLAB来处理计算的结果。采用 MATLAB 作为主控程序，在 MATLAB程序中设置好所有的参数，通过 MATLAB编写的程序传递给 ANSYS并调用 ANSYS进行计 算。ANSYS计算结束后，MATLAB会 自动处理 ANSYS输 出 的结果文件。所有的设置都可以在 MATLAB中统一完成， 省去了很多参数同步的工作，同时实现了计算的自动化。 在结构工程中，运用 MA，I’I B和 ANSYS进行联合优化 的文献较少 ，大多数文献只利用了 ANSYS或 MATLAB中某 一 种软件进行优化设计。本文采用 MATLAB作为主控程序， 通过 MATLAB软件对基本粒子群优化算法编程，自动调用 ANSYS的计算结果。通过 MATLAB和 ANSYS的联合应用实 现了对桁架结构的最优化计算，数值算例表明将 MATLAB和 ANSYS联合应用于桁架结构优化设计是有效可行的。 1 桁架结构截面优化设计问题的数学描述 桁架结构优化设计的目的是在满足桁架结构杆件应力 约束和节点位移约束条件的前提下使结构的重量最轻，其 数学模型可以表示为： A=[A1，A2，A3，An] minW=∑p A 1+AM，A=0或1 i=J ，，A ≤Ai≤ A lI，i=1，2，3，乃 s．t．I 茸≤[ 茸]，k=1，2，3，m； =1，2，D ≤ [or ]， i=1，2，3，n 式中，A=[A1，A2，A3，An] 为杆件的截面面积；n为 杆件数；W为结构的重量；pj、A 、Z。分别为第 杆的密度、截面 面积和长度； 和[u

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