特別聲明：本次優化是基于ANSYS 經典 Design OPT 模塊，在ANSYS14.0版本以后，該模塊已經被移植到WB中。所以要完成本文類似的過程，需要安裝14.0以下的版本。

    溫馨提示：如果電腦上有安裝14.0以上的版本，在安裝其他版本時（限11.0~13.0），直接安裝產品本身即可，無需卸載了再重新安裝舊版本，也無需重新安裝證書，高版本的證書支持低版本。

    近年來，電力行業的快速發展推動了輸電線路鐵塔行業的發展。輸電線路鐵塔，按其形狀一般分為：酒杯型、貓頭型、上字型、干字型和桶型五種。本案例以一桶型輸電塔塔架為例，對其進行尺寸優化分析，簡要介紹采用ANSYS Design OPT進行優化分析的一般步驟。

    某塔架塔高51m，底部開間23.16m，頂部開間8m，結構主材采用Q420、Q345和Q235三種角鋼，鋼材材料密度取 7850 kg/m³,彈性模量取205GPa。采用link180單元模擬各個桿件，各個桿件的截面面積通過實常數的方式進行賦值，結構底部固結。結構有限元模型如下：

    結構所受荷載主要為風荷載與結構自重，風荷載簡化為集中荷載作用于節點上，且與塔架成45度，為方便加載，將45度風荷載簡化為X方向和Y方向的水平荷載，加載示意圖如下：

    結構在自重和風荷載作用下的位移云圖如下所示：

        

    按照甲方要求，需要對該鐵塔進行結構尺寸優化，優化相關要求說明如下：

    結構優化目標：結構塔重

    結構優化變量：結構底部開間尺寸，結構頂部開口尺寸

    結構優化限制：1) 優化尺寸變化范圍為原結構尺寸的正負10%

                  2) 優化后結構最大位移不能大于優化前結構位移

                  3) 結構桿件最大應力不能超過材料應力屈服強度

                  4）優化后的結構第一階自振頻率應大于優化前的第一階自振頻率

    按照上述變量，分別設定了優化分析所需要的設計變量、狀態變量、目標函數，優化部分的命令流如下：

/opt
opanl,jianmo,mac

！狀態變量
opvar,max_u,sv,,21.33,0.1
opvar,frquency,sv,,5.34,0.1
opvar,ZLmax1,sv,,420,1
opvar,ZLmax2,sv,,360,1
opvar,ZLmax3,sv,,235,1

！設計變量

opvar,A,dv,20844,25476,5
opvar,B,dv,7200,8800,5

！目標函數

opvar,objwg,obj,,,0.01

！文件名稱

opsave,INITIAL,opt 

！優化設置

OPLOOP,PREP,PROC,ALL
OPPRNT,FULL
OPKEEP,ON 

OPTYPE,FIRS
OPFRST,50,50, ,                                   
opexe

    采用ANSYS自帶的一階算法進行優化計算，在計算15次后結構達到容許誤差，優化結束。計算過程如下：

    通過上圖可知，結構尺寸從開始的23160、8000優化為22900、7200，結構自重從最初的40.744t減為39.723t,可見優化率并不是很高，略為2.5%。從經驗來講，這比較正常，因為一級塔減少的比較少，但整個項目系列涉及此類結構到達100多個，累積起來效果還是可觀的。

    下圖表示結構自重隨迭代次數的變化關系：   

       結構自重隨下部開間尺寸的變化關系：

        結構自重隨頂部開間尺寸的變化關系：

     從上圖可見，結構自重隨著底部開間尺寸的增大而增大，而對于頂部開間尺寸，在8米處會有一個明顯的折斷趨勢。

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