现代机械工程基础实验2(机设) ——ANSYS专题

1、山东建筑大学实验报告纸现代机械工程基础实验2(机设)ANSYS专题题 目： 起重臂设计 _ _院 （部）： _机电工程学院 专 业： _机械工程及自动化 班 级： _机械091 姓 名： _李 振 鹏 学 号： _2009071098 指导教师： _周海涛 沈孝芹 完成日期： _2012-12-21 一、 实验目的：综合训练和培养学生利用有限元技术进行机械系统分析和设计的能力，独立解决本专业方向实际问题的能力；进一步提高学生创新设计、动手操作能力，为将来所从事的机械设计打下坚实的基础。二、实验环境1.硬件：方正计算机1台2.软件：CAE软件ANSYS三、实验内容（任务及要求）：任务：主要训练学

2、生对机械结构问题分析规划的能力，能正确利用有限元分析软件ANSYS建立结构的有限元模型，合理定义单元、分析系统约束环境，正确加载求解，能够提取系统分析结果。通过实验分析使学生了解和掌握有限元技术辅助机械系统设计和分析的特点，推动学生进行创新设计。本组数据：数据项学生2a(m)0.6P(N)250左端集度(N/m)0右端集度q0(N/m)650弹性模量(GPa)207帕松比0.3截面积0.001抗弯惯性矩0.020833截面高度0.05要求：本实验要求学生以高度的责任感，严肃认真、一丝不苟的态度进行设计，充分发挥主观能动性，树立正确的设计思想和良好的工作作风，严禁抄袭和投机取巧。同时，按以下要求

3、进行设计：1、按照国家标淮和设计规范进行设计：塔式起重机设计规范 GB/T 13752-92；起重机设计规范GB/T3811-2008；钢结构设计规范GB 50017-2003；塔式起重机安全规程GB 5144-2006。2、进行塔式起重机起重臂的设计，额定起重力矩为630 kN×m、800 kN×m、1000 kN×m、1250 kN×m分别进行最大幅度为40m、45m、50m、55m、60m的起重臂的设计、计算。 3、综合运用学过的力学知识和有限元理论，设计起重臂的结构及主肢和腹杆的参数，构造起重臂的有限元模型，选择合适的单元，施加合适的载荷和边界条

4、件，对结构进行静力分析，提取结果，进行强度和刚度校核，撰写实验报告并总结。四、实验步骤：（一）问题分析设计起重臂的结构及主肢和腹杆的参数，构造起重臂的有限元模型，选择合适的单元，施加合适的载荷和边界条件，对结构进行静力分析，提取结果，进行强度和刚度校核。模型简化如下图所示(二)实验过程：1、单元分析（说明单元选择依据）、材料分析根据塔式起重机选择Q345钢，弹性模量为2.07e11，泊松比0.3，密度7850kg/m³，臂架BEAM188，拉杆LINK10.下弦杆方钢140*140*14，上弦圆钢25*50，缀条50*50*4. 拉杆LINK10选择截面1840e-6。根据起重臂的总

5、长30m,分为6m一个单元。（1）拾取菜单 Main Menu Preprocessor-Element Type -Add/Edit/Delete。弹出所示的对话框，单击“Add”按钮；弹出对话框，选择beam188，apply，选择则LINK10，ok，点close关闭。（2）拾取菜单 Main MenuPreprocessor-Material Props-Material Models。弹出的对话框，在右侧列表中依次双击“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”,弹出对话框，在“EX”和“PRXY”文本框中输入弹性模量2.07e11和泊松比0

6、.3，单击“OK”按钮，选择density添加密度7850kg/m³，单击“Close”按钮.2、建模（1）创建关键点拾取菜单Main Menu-Preprocessor-Modeling-Create-Keypoints-In Active CS。在弹出的对话框中输入1（0,0,0,）2（2,0,0）3（4,0,0）4（0,0,2）5（2,0,2）6(4,0,2)7(1,2,1)8(3,2,1)。然后拾取creat-lines-straightlines，依次连接两点，创建直线。（2）复制拾取菜单Main Menu-Preprocessor-copy-lines，选择pick al

7、l 在弹出的对话框中个数输2，距离2，点击OK.（3）合并点拾取菜单Main Menu-Preprocessor-Numbering ctrls-merge items, 在弹出的对话框选择ALL，点击OK。然后拾取compress numbers, 在弹出的对话框选择ALL，点击OK。(4)定义界面与属性。取菜单Main Menu-Preprocessor-sections-beam-common sections。依次定义下弦杆方钢140*140*14，上弦圆钢25*50，缀条50*50*4.。菜单Main Menu-Preprocessor-mesh-mesh attributes-pi

8、ck line。在弹出的对话框中依次选中上悬杆圆钢2，下悬杆方钢1，斜杆与底杆圆钢3。点击OK（5）复制复制拾取菜单Main Menu-Preprocessor-copy-lines，选择pick all，复制10份，输入距离4，ok，合并排列点，连接缺省的直线定义属性。（6）创建预定义拉杆。创建节点（0,9,1），在上悬杆上创建节点（29,2,1），然后将杆上的关键点与创建的节点耦合，在两个节点间创建一个element，根据Menu-Preprocessor-mesh-mesh attributes-pick line在弹出的对话框中选择Link 10。（7）网格划分。Menu-Prepro

9、cessor-mesh-meshtool在弹出的对话框中选择lines-set,选择 beam188杆划分，距离0.5M，选择MESH，划分网格。同理划分LINK 10拉杆，在弹出的对话框中选择分1份。 3、加载求解（8）施加约束。施加约束 拾取菜单Main Menu- Solution- Define Loads-ApplyStructural-Displacement-On keypoints。拉杆限制6个自由度，起重臂两个端点限制5个，不限制Z轴转动。（9）施加风载和重力加速度。选择Main Menu- Solution- Define Loads-ApplyStructural-ine

10、rtia-gravity。在弹出的对话框中根据所计算的风载加速度加载Z轴，输入值0.618，重力输入9.8，沿Y轴方向。（10）施加小车与重物集中力。选择Main Menu- Solution- Define Loads-ApplyStructural-force/moment-on nodes .选择小车车轮四个点，力为Y轴负方向-16562N。加载过程4、后处理（11）拾取菜单Main Menu-Solution-Solve -Current LS。单击“Solve Current Load Step”对话框的“OK”按钮。出现“Solution is done”提示时，求解结束，即可查看

11、结果（12）查看结果，显示变形拾取菜单Main Menu-General Postproc-Plot Results-Deformed Shape。弹出的对话框，选中“Def+un-def edge”(变形+未变形的模型边界)，单击“OK”按钮。（13）定义轴力，弯矩，剪力。Main Menu-element table-define table.依次定义轴力1和2，值为SMISC1、14；依次定义弯矩1和2，值为SMIS,3、16；依次定义剪力1和2 ，值为SMIS,6、19，点击OK。（14）查看拾取菜单Main Menu-General Postproc-Plot Results-Con

12、tour-line elem res 。一次求解轴力、弯矩、剪力图，并保存。（15）依次重新加载小车与重物集中力，测量端部、中部、较近处3点后处理。端部变形图轴力图弯矩图剪力图中部变形图轴力图弯矩图剪力图较近处变形图轴力图弯矩图剪力图（三）对比结果（误差分析）：根据后处理的结果可以分析得与手计算相比更加准确，其变形量却小于0.5m，轴力，弯矩，剪力都符合刚度和稳度的要求。其误差主要有以下几个方面：（1）用ANSYS将起重臂处理为桁架结构，用杆单元组成，所有单元均为弹性单元，不计阻尼结构。因为整个起重臂的的上下杆和斜杆密度都定义一样，忽略了拉杆与附件的重量不同，产生误差。（2由于计算时的结构下弦

13、杆用的是槽钢不满足要求，这次重新计算选择了方钢，二者截面尺寸存在差异，影响受力状况所以产生误差。（3）在加载时由于将拉杆约束6个自由度，所以拉杆不能动，为静态分析。再者关于风载手写是计算的每米上的受力，而此次设计是根据风载的加速度施加的力，所以两者之间存在误差。（4）手写时由于计算量大，保留小数点位数精度不够或者存在误差，而用ANSYS分析计算准确，精度高，两者产生误差。五、实验总结我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，请保