塔機平衡臂有限元分析

1、牟晉勇機械 0852007071275一、實驗?zāi)康模壕C合訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生利用有限元技術(shù)進行機械系統(tǒng)分析和設(shè)計的能力，獨立解決本專業(yè)方向?qū)嶋H問題的能力；增強對 an sys軟件的認(rèn)識和操作能力；進一步提高學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計、動 手操作能力，為將來所從事的機械設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。二、實驗環(huán)境1硬件：方正計算機1臺2軟件：CAE軟件ANSYS三、實驗內(nèi)容（任務(wù)及要求）：主要訓(xùn)練學(xué)生對機械結(jié)構(gòu)問題分析規(guī)劃的能力，能正確利用有限元分析軟件ANSYS建立結(jié)構(gòu)的有限元模型，合理定義單元、分析系統(tǒng)約束環(huán)境，正確加 載求解，能夠提取系統(tǒng)分析結(jié)果。通過實驗分析使學(xué)生了解和掌握有限元技術(shù)輔 助機械系統(tǒng)設(shè)計和分析的特點，推動

2、學(xué)生進行創(chuàng)新設(shè)計。本組數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)項學(xué)生2a(m)12P(N)1.99e5N2.3e4N1500N左端集度（N/m）0右端集度q°（N/m）1000彈性模量（GPa）200帕松比0.3截面積0.000314抗彎慣性矩0.020833截面咼度0.4m四、實驗步驟:（一）問題分析:塔機平衡臂主要載荷包括：平衡臂的自重，風(fēng)載荷，平衡重，起升機構(gòu)，電 機重。結(jié)構(gòu)為背向兩槽鋼用角鋼焊接，上表面有拉桿的一個立體機構(gòu)。因此，將 實驗?zāi)Ｐ秃喕癁椴垆撆c角鋼搭接，拉桿與槽鋼上表面耦合的結(jié)構(gòu)。( 二)實驗過程：1) 設(shè)置計算類型：ANSYS Main Menu: Preferences select Str

3、uctural (結(jié)構(gòu)分析) OK2) 選擇單元類型ANSYS Main Menu: PreprocessorElement Type Add/Edit/Delete Add select shell63 applyselect link 1 OKClose real con sta nadd shell63定義厚度 set1 為 0.0105 ok同理定義厚度 set2為 0.018, set3為 0.01 adc link1 定義拉桿截面積set4為0.0003143) 定義材料參數(shù)ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material

4、Models Structural Linear ElasticIsotropicinput EX:2.06 e11, PRXY:0.3 OK Preprocessor Material Props Material Models Structural Densityinput 7850 OK4) 生成幾何模型(A) 生成槽鋼生成特征點： Main Menu: Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS依次輸入坐標(biāo)值(-0.32,0,0) (-0.42,0,0) (-0.42,0.4,0) (-0.32,0.4,0) (0.32,0,

5、0)(0.42,0,0)(0.42,0.4,0)(0.32,0.4,0)(0,0,0)(0,0,12)生成線：Main Menu: Preprocessor Modeling Create Lines lines Straight lines 依次連接( -0.32,0,0) (-0.42,0,0) (-0.42,0.4,0) (-0.32,0.4,0)；同樣依次連接相 鄰點(0.32,0,0) (0.42,0,0) (0.42,0.4,0) (0.32,0.4, 0)再次連接( 0,0,0)(0,0,12) 拉伸成面：PreprocessorModeling operateextrude l

6、inesabout lines選擇 槽鋼型線apply選擇(0,0,0) (0,0,12)形成的線OK，將槽鋼拉伸完成(B) 生成角鋼：生成特征點： Main Menu: Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS依次輸入坐標(biāo)值(-0.34,0.4, 0) (-0.40, 0.4,0.07) (-0.40,0.5, 0.07)(-0.34,0.4,0.84) ， (0.34,0， 0) (0.40,0,0) (0.40,0， 0.07) (-0.34,-0.1,0.07) (-0.34,-0,0.84)生成線：依次連接( -0.34,

7、0.4, 0) (-0.40, 0.4,0.07) (-0.40,0.5, 0.07) 0.34,0, 0) (0.40,0,0)(0.40,0,0.07)(-0.34,-0.1,0.07)拉伸成面：PreprocessorModeling operateextrude linesabout lines選擇 (-0.34,0.4,0.84) (-0.34,0.4, 0)和(0.34,0, 0) (-0.34,-0,0.84)形成的線 apply選擇( 0.42,0.4,0.14)(-0.35,0.4,0.91)形成的線 OK復(fù)制生成其他角鋼：PreprocessorModeli ng copy

8、 areas選中要移動的角鋼 ok dz 輸入 1.9 OK同理：生成特征點： Main Menu: Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS依次輸入坐標(biāo)值( 0.34,0.4,0.86) ( 0.340,0.4,0.93) (0.34,0.5,0.86)(-0.34,0.4,1.7) (-0.34,0.4,0.86) (-0.340,0.4,0.93) (-0.34,0.5,0.86) (0.34,0.4,1.7) 生成線： Main Menu: Preprocessor Modeling Create Lines lines S

9、traight lines 依次連接( 0.34,0.4,0.86) ( 0.340,0.4,0.93)( 0.34,0.5,0.86) (-0.34,0.4,0.86) (-0.340,0.4,0.93) (-0.34,0.5,0.86)拉伸成面：Preprocessor Modeli ngoperate extrude lin esabout lines將角鋼拉伸完成。復(fù)制生成其他角鋼：PreprocessorModeli ng copy areas選中要移動的角鋼 f ok dz 輸入 1.88 ok(C) 創(chuàng)建拉桿：生成點： Main Menu: Preprocessor Modeli

10、ng Create Keypoints In Active CS依次輸入(0,290) (0.35,0.4,8.5) (-0.35,0.4,8.5)生成線：Ma in Menu: Preprocessor Modeli ng Create lin esStraight lin es依 次連接)(0.35,0.4,8.5)(-0.35,0.4,8.5)5) 將角鋼和槽鋼搭接：Main Menu: Preprocessor Modeling operatebooleansoverlapareaspick allOK6) 拉桿與槽鋼耦合前先建立硬點： Main Menu: Preprocessor

11、Modeling Create Keypo in ts hardpo int on area hard pt by coordi nate選擇建立硬點的面 ok 輸入( 0.35,0.4,8.5)同理在點( -0.35,0.4,8.5)建立硬點。7) 網(wǎng)格劃分ANSYS Main Menu: PreprocessorMeshing Mesh tool arease選擇槽 鋼的上下表面OK在對話框中選擇1 okarea se選擇槽鋼的上下表面 ok對話框中輸入0.2 ok mesh選擇槽鋼的側(cè)表面 OK 同理劃分腹板和角鋼8) 將拉桿跟槽鋼耦合：Main Menu: Preprocesso co

12、uplingcouple DOFs選擇硬點ok選擇 node點 選擇全約束( all)ok9) 模型施加約束：施加平衡臂的全約束：main Menu: solution define loadsapply Structural Displacemen on line選擇約束線ux ok。同理施加除z軸旋轉(zhuǎn)的彎矩。 在(0,2.4,13)點施加全約束： main Menu: solutiondefine loadsapply Structural Displacemenon keypoints選擇點(0,2.9,0)選擇全約束ok 施加載荷： main Menu: solutiondefine

13、loadsapply Structural forceon keypoints( 0.34,0.4,11) (-0.34,0.4,11) ok y方向施加-72030。同理，在(0.34,0.4,10) (-0.34,0.4,10)施加 y方向-11270,在(0.34,0.4,7) (-0.34,0.4,7) 施 加y方向-18886.510)施加風(fēng)載荷： Main Menu: Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次輸入坐標(biāo)值(0.42,0.2,10 (0.42,0.2,7)main Menu: solutiondefin

14、e loadsapply Structural forceon keypoints (0.42,0.2,10) OK FX-4410 OK ;同理在(0.42,0.2,7)施加-690N 的力 定義重力加速度和風(fēng)載荷：main Menu: solutiondefine loadsapply Structural inertialgravitygloble acelx 0.454， acely9.8ok11 )后處理：main Menu: solutionsolvecurrent LSOK12)定義力：General postprocelement table define tableaddus

15、er able for iterm TXby sequence numsmiscsmisc1applyuser able for iterm TYby sequence num smisc smisc2 apply依次定義 TXY , MX , MY , MXY user able for itermSTRESS1 f by sequenee numnmiscl apply依次定義 STRESS2 , STRESS3 f ok closeTX圖：General postprof element tables plot element tables iterm to be ploted tx f

16、 ok TY 圖選擇 ty TXY 圖：txy MX 圖：mx MY 圖：my MXY 圖：mxy PSTRESS1 圖：NMSIC,1PSTRESS2圖：NMSIC,2PSTRESS3圖：NMSIC,3TX圖TY圖TXY圖爭若T -MX圖MXY圖PSTRESS1圖 LMliF3iaM.3 AfllaiHIl*i',lliMiPSTRESS2圖PSTRESS3圖變形圖：General postprob Plot result Deformed shape-Select Def+Underformed兩約束點的受力情況：General Postproc-List Results-Reac

17、tion Solu-Select All items-OKPRlNr BEftCll«N SOLUTIONS FEM NODE* POS71 TCTOL REACT!CH SOUITTOM LISTING *TIME=1.0600SUBSIEP=1LOAE CrtSE= 0rs押X抖屮HZ12G2 .773807.£615731A4為71,649Tim.t-23.493-6.52472E-011934-455.83-».8?2615 S3 .2-23-56341.1025SE-01Zinn加.vnn. rmtwVi.VMVmEJ.WWTOTftL VALUES73

18、3.3S179GS.B.59319E-e7-114.32-0.Z304Jfc-dlTHE FOLLOVIHG 陷Y比 SOLUTIOMSARE IN THE GLOBAL GQORDIHATE SVSTEtl（三）對比結(jié)果（誤差分析）：ansys軟件所得數(shù)值與原來計算結(jié)果存在差別，但力最大點，彎矩最大點，扭矩最大點均在同一處，與實際情況相符。通過截圖的顏色可以看出，平衡臂回轉(zhuǎn)慣性力最大值點以及風(fēng)載荷加載在臂架上的力轉(zhuǎn)矩最大值點在同一處，即在約束點處。在起升平面內(nèi)彎矩及剪力最大值點在拉桿與臂架的結(jié)合處。數(shù)值存在誤差主要原因是在計算時，將平衡臂簡化了，而用軟件進行仿真時則是應(yīng)用實際模型進行仿真，與計算數(shù)據(jù)相比較，數(shù)據(jù)更真實。五、實驗總結(jié)加深了對有限元的理解，熟悉了 ansys的操作指令，練習(xí)ANSYS軟件解決問題的步驟， 熟悉自底向上建模和自頂向下建模的各種命令，練習(xí)布爾操作，練習(xí)網(wǎng)格劃分，練習(xí)加載求解和通用后處理，收獲很大。掌握了原理，明白了an sys軟件的操作?，F(xiàn)在感覺比剛開始學(xué)習(xí)有限元的時候還是懂了許多內(nèi)容，隨著時間的推移，積累的東西多了也會有不同的