基于有限元法的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)（基于有限元法的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究）

大家好！今天讓創(chuàng)意嶺的小編來(lái)大家介紹下關(guān)于基于有限元法的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的問(wèn)題，以下是小編對(duì)此問(wèn)題的歸納整理，讓我們一起來(lái)看看吧。

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本文目錄:

• 1、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有哪些？

• 2、有限元分析是什么 在機(jī)械設(shè)計(jì)上有什么用

• 3、建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法有哪些？主要從哪些方面來(lái)優(yōu)化呢？

• 4、基于ABAQUS的有限元分析和應(yīng)用的內(nèi)容簡(jiǎn)介

一、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有哪些？

一、并行算法

高層建筑結(jié)構(gòu)的主要因素是結(jié)構(gòu)的抵抗水平力的性能。因此，抗側(cè)移性能的強(qiáng)弱成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，且是衡量建筑結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性能的標(biāo)準(zhǔn)。

在建筑結(jié)構(gòu)中，單位建筑結(jié)構(gòu)面積的結(jié)構(gòu)材料中，用于承擔(dān)重力荷載的結(jié)構(gòu)材料用量與房屋的層數(shù)近似成正比例線性關(guān)系。

二、高層體系優(yōu)化法

建筑使用性能的不同，所以其對(duì)內(nèi)部空間的要求不同。同時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)使用功能不同，則其平面布置也發(fā)生改變。通常，住宅和旅館的客房等宜采用小空間平面布置方案；辦公樓則適合采用大小空間均有；商場(chǎng)、飯店、展覽廳以及工廠廠房等則適宜采用大空間的的平面布置；宴會(huì)廳、舞廳則要求結(jié)構(gòu)內(nèi)部沒(méi)有柱子的大空間。

三、可靠度優(yōu)化法

在非地震災(zāi)害區(qū)高層建筑結(jié)構(gòu)的方案選型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用抗風(fēng)性能比較好的結(jié)構(gòu)體系，也就是選用風(fēng)壓體型系數(shù)較小的建筑結(jié)構(gòu)體系。這樣可以在很大程度上減小風(fēng)荷載作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)引起的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力的影響。

二、有限元分析是什么 在機(jī)械設(shè)計(jì)上有什么用

涵義：有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬。利用簡(jiǎn)單而又相互作用的元素（即單元），就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無(wú)限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。

有限元分析是用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解。它將求解域看成是由許多稱(chēng)為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的（較簡(jiǎn)單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件（如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問(wèn)題的解。

因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題被較簡(jiǎn)單的問(wèn)題所代替，所以這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近似解。由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。

在機(jī)械設(shè)計(jì)上的作用：有限元分析就是分析零件的結(jié)構(gòu)，分析怎么設(shè)計(jì)才能用最少材料做出最穩(wěn)定的精度。一般是 proe，UG,SW建模再轉(zhuǎn)到ANSYS進(jìn)行分析?？梢苑治鍪芰η闆r看看最高承受多大的力，頻率，看看在不同頻率下的變形量，還有受熱分析等。 不過(guò)ANSYS99%英文版的。

擴(kuò)展資料：

有限元分析的基本步驟通常為：

第一步 前處理。根據(jù)實(shí)際問(wèn)題定義求解模型，包括以下幾個(gè)方面:

(1) 定義問(wèn)題的幾何區(qū)城：根據(jù)實(shí)際問(wèn)題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。

(2) 定義單元類(lèi)型:

(3) 定義單元的材料屬性:

(4) 定義單元的幾何屬性，如長(zhǎng)度、面積等；

(5) 定義單元的連通性:

(6) 定義單元的基函數(shù);

(7) 定義邊界條件:

(8) 定義載荷。

第二步 總裝求解: 將單元總裝成整個(gè)離散城的總矩陣方程(聯(lián)合方程組)。總裝是在相鄰單元結(jié)點(diǎn)進(jìn)行。狀志變量及其導(dǎo)數(shù)(如果可能)連續(xù)性建立在結(jié)點(diǎn)處。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、選代法。求解結(jié)果是單元結(jié)點(diǎn)處狀態(tài)變量的近似值。

第三步 后處理: 對(duì)所求出的解根據(jù)有關(guān)準(zhǔn)則進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。后處理使用戶能簡(jiǎn)便提取信息，了解計(jì)算結(jié)果。

基本特點(diǎn)

有限元方法與其他求解邊值問(wèn)題近似方法的根本區(qū)別在于它的近似性?xún)H限于相對(duì)小的子域中。20世紀(jì)60年代初首次提出結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地將其描繪為：“有限元法=Rayleigh Ritz法+分片函數(shù)”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一種局部化情況。

不同于求解（往往是困難的）滿足整個(gè)定義域邊界條件的允許函數(shù)的Rayleigh Ritz法，有限元法將函數(shù)定義在簡(jiǎn)單幾何形狀（如二維問(wèn)題中的三角形或任意四邊形）的單元域上（分片函數(shù)），且不考慮整個(gè)定義域的復(fù)雜邊界條件，這是有限元法優(yōu)于其他近似方法的原因之一。

參考資料：百度百科-有限元分析

三、建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法有哪些？主要從哪些方面來(lái)優(yōu)化呢？

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)： 在給定約束條件下，按某種目標(biāo)(如重量最輕、成本最低、剛度最大等)求出最好的設(shè)計(jì)方案，曾稱(chēng)為結(jié)構(gòu)最佳設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)計(jì)，現(xiàn)在的優(yōu)化問(wèn)題基本用漸進(jìn)的數(shù)學(xué)方法。當(dāng)然對(duì)于簡(jiǎn)單的問(wèn)題可以把實(shí)際工程轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)的問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理?？墒墙ㄖ话愫軓?fù)雜，這個(gè)也是建筑上的優(yōu)化的困難所在?？煽慷葍?yōu)化法 ，在非地震災(zāi)害區(qū)高層建筑結(jié)構(gòu)的方案選型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用抗風(fēng)性能比較好的結(jié)構(gòu)體系，也就是選用風(fēng)壓體型系數(shù)較小的建筑結(jié)構(gòu)體系。

鋼筋的優(yōu)化。樓板按分布式布置的方法，梁縱筋通長(zhǎng)鋼筋改為不同直徑縱筋與架立筋通長(zhǎng)的方式，減少梁鋼筋?；A(chǔ)和底板的優(yōu)化，特別是地下室。對(duì)于土層很好的區(qū)域，底板所在的土層可能就是巖層，同時(shí)地下水在底板下很深處，這時(shí)可以直接利用巖層作為結(jié)構(gòu)底板。細(xì)部節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 。細(xì)部節(jié)點(diǎn)，如立面線腳、挑檐、圈梁、壓頂?shù)脑O(shè)計(jì)優(yōu)化，往往會(huì)被設(shè)計(jì)人員忽視。但其卻也是建造成本的重要做成部分。進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免非計(jì)算要求之外的額外浪費(fèi)。

滿足經(jīng)濟(jì)性的要求。即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)建筑的建造地點(diǎn)、規(guī)模大小、高度多少等，在滿足耐久性、安全性和使用性要求的前提下，精打細(xì)算采用經(jīng)濟(jì)又合理的優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系，以起到節(jié)約成本的功效。當(dāng)前，很多建筑項(xiàng)目由于投資大，建設(shè)周期長(zhǎng)，所以有效進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠相應(yīng)的減少投資金額，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)建筑本體功能與建筑投資成本的關(guān)鍵性手段。

考慮必要的構(gòu)造措施，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成果體現(xiàn)在繪制的結(jié)構(gòu)施工圖上，該圖紙是結(jié)構(gòu)工程師的語(yǔ)言，是直接面對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)及相關(guān)工程技術(shù)人員的，應(yīng)該按照一定的規(guī)范繪制。

四、基于ABAQUS的有限元分析和應(yīng)用的內(nèi)容簡(jiǎn)介

《基于ABAQUS的有限元分析和應(yīng)用》是基于ABAQUS軟件6.7版本進(jìn)行有限元分析與應(yīng)用的入門(mén)指南和工程分析與科學(xué)研究教程。全書(shū)分為上、下兩篇。上篇結(jié)合有限元的基本理論和數(shù)值計(jì)算方法，通過(guò)系列的相關(guān)例題和討論，系統(tǒng)地介紹了ABAQUS軟件的主要功能和應(yīng)用方法，包括編寫(xiě)輸入數(shù)據(jù)文件和前處理的要領(lǐng)，對(duì)輸出文件進(jìn)行分析和后處理的方法等；下篇精選了一批ABAQUS在科研和工程領(lǐng)域的典型應(yīng)用案例，涉及了土木、機(jī)械、航空、鐵道等工程領(lǐng)域，橡膠、巖土和復(fù)合材料等多種材料的應(yīng)用研究，以及如何通過(guò)編寫(xiě)用戶接口程序進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)等內(nèi)容。ABAQUS是國(guó)際上最先進(jìn)的大型通用有限元計(jì)算分析軟件之一，具有強(qiáng)健的計(jì)算功能和模擬性能，擁有大量不同種類(lèi)的單元模型、材料模型和分析過(guò)程?！痘贏BAQUS的有限元分析和應(yīng)用》是應(yīng)用ABAQUS有限元軟件進(jìn)行力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算的必備工具書(shū),可供從事工程設(shè)計(jì)和有限元分析的科研人員和工程師等閱讀和參考，也可以作為力學(xué)和工程專(zhuān)業(yè)研究生和本科生的有限元數(shù)值計(jì)算課的輔助教材。

以上就是關(guān)于基于有限元法的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題的回答。希望能幫到你，如有更多相關(guān)問(wèn)題，您也可以聯(lián)系我們的客服進(jìn)行咨詢(xún)，客服也會(huì)為您講解更多精彩的知識(shí)和內(nèi)容。

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