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摘 要：铰链和支撑座相结合的复合支撑梁的结构，通常应用于大型钢结构平台中，传统的设计方法比较复杂。借助SolidWorks软件方便快捷的三维建模能力和ANSYS软件强大的力学分析能力，并利用两种软件通用的数据交换格式，将两种软件结合使用，充分发挥各自软件的优势，大大提高了工程设计的工作效率和精度。
关键词：SolidWorks；ANSYS；复合支撑梁；优化设计
引言
ANSYS是一款以结构矩阵分析有限单元法（Finite Element Method）为理论基础的有限元分析软件，可应用于求解各种数学、物理问题。如热传导、流体力学、电磁场以及结构力学等。由于ANSYS具有度高、適应性强以及计算格式规范统一等优点，因此成为现代机械产品设计中的一种重要CAE工具。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，目前广泛应用于机械设计制造业。将CAE和CAD两种软件相结合使用，可充分发挥各自软件的优势，大大提高工程设计的工作效率和精度。
铰链和支撑座相结合的复合支撑梁的结构，通常应用于大型钢结构平台中，由于受力形式相对复杂，普通的分析设计手段不能满足其要求。本文作者通过应用CAD/CAE技术，优化了符合支撑梁的结构，改善了符合支撑梁的目前较传统的设计状况。
1 设计流程
本文作者结合SolidWorks和ANSYS两种软件的各自优势，形成了以下设计思路，具体流程[1]如下（图1所示）：
2 模型建立
通常单独使用ANSYS软件建立复杂模型比较困难，而使用SolidWorks软件建模则简单很多。SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品，该软件提供了当今市场上几乎所有CAD/CAE软件的输入/输出格式转换器，可进行不同文件格式的转换。所以在使用SolidWork建模后，可方便的将模型文件转换成能被ANSYS软件识别使用的文件格式。
首先，使用SolidWork软件在多实体的模式下建模。由于被设计的复合支撑梁为对称结构所以可以将其结构简化（图2所示），便于减少后续ANSYS软件分析的工作量。
1.支座 1.1支座筋板 1.2 支座面板 2.销轴座 3.销轴 4.横梁
3 模型分析
将用SolidWorks软件建立的多实体模型另存为成Parasolid（*.x_t） 格式（这种格式是最理想的ANSYS分析文件格式，导入后不会丢失模型数据）。导入模型后，默认分析类型为Structural。设置单元类型为Solid92，该单元为四面体单元，能很好的适应不规则的形状。然后设置弹性模量2E11，泊松比0.3[2]。然后使用Mesh Tool对所有实体进行赋值，最后对每个实体逐一进行网格划分。
由于该计算模型涉及到接触分析，所以要使用ANSYS中的接触分析功能。传统的ANSYS隐式求解器支持三种接触模式：点—点接触、点—面接触、面—面接触，本文作者运用的是面—面接触算法。在ANSYS中分别用Targe169和Targe170单元来模拟2-D和3-D目标面，用Conta171、Conta172、Conta173、Conta174单元来模拟接触面。程序通过一个共享的实常数号来识别接触对，即目标单元和接触单元采用相同的实常数号[3]。划分网格完成后，通过使用Contact Manager来定义销轴与销轴座、销轴与横梁、横梁与支座之间的接触面。
下一步，对销轴座、支座需要焊接固定的端面进行全约束，对复合支撑梁对称面添加对称约束，在横梁上平面施加作用力（由于该作用力为复合载荷，施加作用力较实际作用力，放大2倍）。然后通过求解控制器（Solution Control），设置分析类型和载荷步控制。最后进行求解，并在Plot Results中显示应力云图。
由分析结果可知，应力最大处位于支座筋板与面板前部焊接处，且最大应力677MPa，远大于Q235型碳素钢的屈服应力235MPa，故该结构不能满足设计要求。
4 优化设计
由于应力最大点在支座筋板与支座面板的焊接处，减小应力可以采取以下措施：a）增加支座筋板与支座面板的厚度；b）增加支座与横梁之间的接触面积。通过重新优化结构模型，并计算分析。所得的应力云图如下（如图3所示）：
由此可知，优化模型后，最大应力为233MPa，小于Q235型碳素钢的屈服应力235 MPa。由于施加作用力较实际作用力，放大了2倍，所以安全系数为2.0，故优化后结构满足设计要求。
5 结语
以上优化设计流程为运用SolidWorks和ANSYS两种软件，对涉及接触分析的结构，进行优化设计的典型范例，可以应用于其他类似结构的优化设计。
参考文献
[1] 秦东晨等 基于Pro/E和ANSYS的铰链梁设计系统集成研究[J].郑州大学学报（工学版）.2005，26（2）：67～71.
[2] 赵晓明等 用Ansys 进行某设备支座优化设计[J].煤矿机械.2006，27（4）：542～544.
[3] 尚晓峰，邱峰，赵海峰. ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用[M]. 北京：中国水利出版社，2008.
关键词：SolidWorks；ANSYS；复合支撑梁；优化设计
引言
ANSYS是一款以结构矩阵分析有限单元法（Finite Element Method）为理论基础的有限元分析软件，可应用于求解各种数学、物理问题。如热传导、流体力学、电磁场以及结构力学等。由于ANSYS具有度高、適应性强以及计算格式规范统一等优点，因此成为现代机械产品设计中的一种重要CAE工具。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，目前广泛应用于机械设计制造业。将CAE和CAD两种软件相结合使用，可充分发挥各自软件的优势，大大提高工程设计的工作效率和精度。
铰链和支撑座相结合的复合支撑梁的结构，通常应用于大型钢结构平台中，由于受力形式相对复杂，普通的分析设计手段不能满足其要求。本文作者通过应用CAD/CAE技术，优化了符合支撑梁的结构，改善了符合支撑梁的目前较传统的设计状况。
1 设计流程
本文作者结合SolidWorks和ANSYS两种软件的各自优势，形成了以下设计思路，具体流程[1]如下（图1所示）：
2 模型建立
通常单独使用ANSYS软件建立复杂模型比较困难，而使用SolidWorks软件建模则简单很多。SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品，该软件提供了当今市场上几乎所有CAD/CAE软件的输入/输出格式转换器，可进行不同文件格式的转换。所以在使用SolidWork建模后，可方便的将模型文件转换成能被ANSYS软件识别使用的文件格式。
首先，使用SolidWork软件在多实体的模式下建模。由于被设计的复合支撑梁为对称结构所以可以将其结构简化（图2所示），便于减少后续ANSYS软件分析的工作量。
1.支座 1.1支座筋板 1.2 支座面板 2.销轴座 3.销轴 4.横梁
3 模型分析
将用SolidWorks软件建立的多实体模型另存为成Parasolid（*.x_t） 格式（这种格式是最理想的ANSYS分析文件格式，导入后不会丢失模型数据）。导入模型后，默认分析类型为Structural。设置单元类型为Solid92，该单元为四面体单元，能很好的适应不规则的形状。然后设置弹性模量2E11，泊松比0.3[2]。然后使用Mesh Tool对所有实体进行赋值，最后对每个实体逐一进行网格划分。
由于该计算模型涉及到接触分析，所以要使用ANSYS中的接触分析功能。传统的ANSYS隐式求解器支持三种接触模式：点—点接触、点—面接触、面—面接触，本文作者运用的是面—面接触算法。在ANSYS中分别用Targe169和Targe170单元来模拟2-D和3-D目标面，用Conta171、Conta172、Conta173、Conta174单元来模拟接触面。程序通过一个共享的实常数号来识别接触对，即目标单元和接触单元采用相同的实常数号[3]。划分网格完成后，通过使用Contact Manager来定义销轴与销轴座、销轴与横梁、横梁与支座之间的接触面。
下一步，对销轴座、支座需要焊接固定的端面进行全约束，对复合支撑梁对称面添加对称约束，在横梁上平面施加作用力（由于该作用力为复合载荷，施加作用力较实际作用力，放大2倍）。然后通过求解控制器（Solution Control），设置分析类型和载荷步控制。最后进行求解，并在Plot Results中显示应力云图。
由分析结果可知，应力最大处位于支座筋板与面板前部焊接处，且最大应力677MPa，远大于Q235型碳素钢的屈服应力235MPa，故该结构不能满足设计要求。
4 优化设计
由于应力最大点在支座筋板与支座面板的焊接处，减小应力可以采取以下措施：a）增加支座筋板与支座面板的厚度；b）增加支座与横梁之间的接触面积。通过重新优化结构模型，并计算分析。所得的应力云图如下（如图3所示）：
由此可知，优化模型后，最大应力为233MPa，小于Q235型碳素钢的屈服应力235 MPa。由于施加作用力较实际作用力，放大了2倍，所以安全系数为2.0，故优化后结构满足设计要求。
5 结语
以上优化设计流程为运用SolidWorks和ANSYS两种软件，对涉及接触分析的结构，进行优化设计的典型范例，可以应用于其他类似结构的优化设计。
参考文献
[1] 秦东晨等 基于Pro/E和ANSYS的铰链梁设计系统集成研究[J].郑州大学学报（工学版）.2005，26（2）：67～71.
[2] 赵晓明等 用Ansys 进行某设备支座优化设计[J].煤矿机械.2006，27（4）：542～544.
[3] 尚晓峰，邱峰，赵海峰. ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用[M]. 北京：中国水利出版社，2008.