机械设计制造及自动化毕业论文-平板夯

1、 毕业论文(设计)课题名称： 振动平板夯的有限元分析学生姓名：学 号：学 院：专业年级：指导教师：职 称：毕业论文(设计)起止时间 2013.32013.61 1.2 研究的目的和意义振动平板夯的应用十分广泛，无论在国外还是在国内，振动平板夯的技术都还处于探索阶段，还有许多技术问题有待解决。主要犹豫其内部零部件复杂的工作状况和严苛的工作条件，使得对平板和工作过程实验和模拟变得困难。难以在试验中找出相应的数据，对平板夯进行改善，抑制了平板夯的发展。目前国外比较流行的是利用有限元的方法，对复杂零部件进行力学的分析。包括静力学分析，线性，非线性分析，震动，疲劳等分析内容。这使得原本复杂的实验变得简单

2、，工程师，可以在电脑上模拟复杂的工作过程，采集到有用的数据，对平板夯的发展起到了开创性的意义。振动平板夯主要适用于夯实颗粒之间的粘结力及摩擦力较小的材料，如河砂、碎石及沥青等。振动平板夯的主要工作参数有：工作平板底面面积、整机质量、激振力及激振频率。一般情况下，同一种规格的平板的底板面积都差不多，所以平板冲击夯的性能主要受整机质量、激振力及激振频率的影响。激振力主要是用来维持被夯实材料的受迫振动；而激振频率则影响夯实效率及夯实程度，即在同样的激振力作用下，激振频率越高，夯实效率及密实度越高。振动平板夯在工作跳起时都要维持一定的跳起高度，一般在 0.4-0.8mm 之间。振动平板夯在达到同样激振

3、力时，平板夯的工作频率越高，其所需的振动质量就越小，从而其整机质量就越轻。但是，由于大部分平板夯都使用汽油发动机作为动力源，而汽油发动机能承受的振动有限，所以工作频率越高，其隔振要求就越高，从而对各部件的技术要求就越高。有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区2 域上的复杂方程。它将求解域看成是由许多称为有

4、限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件 (如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。（1）平板夯的工作原理，决定其在工作过程中受到各种各样的震动和撞击，在结构设计过程中需要考虑零部件的防撞性能。对主要受力部件进行结构力学分析校核。（2）有限元分析方法的理解和运用（3）对有限元分析结果的认识和数据评估，在分析得到的数据基础上提出优化的方案提出了利用 ANSYS 优化

5、分析功能对结构进行优化分析的方法,通过平板夯的优化分析介绍了用有限单元法解决实际问题,实现优化设计的全过程,说明了用 ANSYS 优化分析功能实现结构优化分析的可行性,从而为其它复杂结构的优化分析提供了新的方法和科学依据.四、完成本课题的工作方案及进度计划一：熟悉毕业设计任务，查阅有关资料，完成开题报告；（3 月 5 日至 3 月 12 日）二：校内外调研，对查阅、调研资料分析总结，完成文献综述；（3 月 13 日至 3 月 18 日）三：优化各个系统并确定总体方案；（3 月 19 日至 3 月 25 日）四：建立三维模型；（3 月 26 日至 4 月 3 日）五：对模型进行有限元分析（4 月

6、 4 日至 5 月 4 号）3 六：设计说明书整理完善；（5 月 4 日至 5 月 18 日）七：答辩准备：打印图纸，说明书，答辩提纲，幻灯片制作。（5 月 19 日至 6 月 3 日）1 赵雪松，任小中，于华.机械制造装备设计.华中科技大学出版社,2009.2 张有枕，张莉彦.机械创新设计.清华大学出版社.2011.3 楼应侯，孙树礼，卢桂萍.互换性与技术测量.华中科技大学出版社.20124 杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础（第五版）.高等教育出版社，2006.5 梁鄂.水产养殖.水产专业出版社，19796 田光辉，林红旗主编模具设计与制造北京大学出版社7 俞芙芳塑料成型工艺与模具设计武

7、汉：华中科技大学出版社，20078 吴明友UG NX6.0 数控编程化学工业出版社20129 邓明等现代模具制造技术北京：化学工业出版社，200510何铭新，钱可强，徐祖茂高等教育出版社201011 赵敏海，徐丽娟AutoCAD 实用教程哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，200912 周建平模具 CAD/CAM 技术综述中国科技信息，2012 年（9）13田绪东，管殿柱Pro/ENGINEER wildfire 4.0 三维机械设计.机械工业出版社，201214黄健求，王立涛，迟京瑞.机械制造技术基础.华中科技大学出版社，20134 指导教师审阅意见：年月日5 毕业设计（论文）任务书院（系）专业班

8、姓名学号振动平板夯的结构有限元分析1.毕业设计（论文）题目：2.题目背景和意义： 虽然振动平板夯的应用十分广泛，但是无论在国外还是在国内，振动平板夯的技术都还处于探索阶段，还有许多技术问题有待解决。由于传统的设计方法有时不能满足设计要求，有时设计误差很大，不能满足机构本身的设计要求，在这种情况下，一般的设计方法就不能得到满意的结果，我们就需要应用有限元的方法，才能得到比较满意的设计结果。随着计算机技术的进一步发展和计算机应用范围的日益扩大，利用计算机进行有限元分析也愈来愈普遍了。3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）：1) 根据设计图纸建立数学简化模型；2) 理解振动平板夯的工作原理，

9、并利用静力平衡方法对简化的模型进行有限元分析；3) 根据有限元的分析结果，对结构提出合理的分析建议。4）阅读相关英文资料约1.2 万字符，并翻译30000 字符英文；5）有有限元分析的相关流程图；6）撰写1.2 万字论文及3000 字论文缩写，论文要有英文摘要；7) 形成可行性的毕业论文并存档。4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）：1）1 3 周：查阅资料，了解工作原理及特点，完成基础知识的积累并撰写开题报告；2）4 6 周：根据设计图纸建立有限元简化模型；4）7 10 周：利用有限元边界条件，加载并求解有限元模型；5）11 15 周：得到有限元结果，并优化结构模型，得到合理的

10、结构模型；6）16 18 周：开始撰写毕业论文及准备毕业答辩。5.毕业设计（论文）的工作量要求 论文字数：1.2 万字以上；* 实验（时数） 或实习（天数）： 6 学时的参观实习；* 图纸（幅面和张数） ： 折合A0 图纸张；相关的有限元分析结果图； 其他要求：英文翻译不少于3000 字；中文文献不得少于18 篇，外文文献不少于3 篇。指导教师签名：学生签名：年 月 日年 月 日年 月 日系（教研室）主任审批：说明：1 本表一式二份，一份由学生装订入附件册，一份教师自留。带*项可根据学科特点选填。2毕I-26 摘要振动平板夯的应用十分广泛，无论在国外还是在国内，振动平板夯的技术都还处于探索阶段

11、，还有许多技术问题有待解决。主要犹豫其内部零部件复杂的工作状况和严苛的工作条件，使得对平板和工作过程实验和模拟变得困难。难以在试验中找出相应的数据，对平板夯进行改善，抑制了平板夯的发展。目前国外比较流行的是利用有限元的方法，对复杂零部件进行力学的分析。包括静力学分析，线性，非线性分析，震动，疲劳等分析内容。这使得原本复杂的实验变得简单，工程师，可以在电脑上模拟复杂的工作过程，采集到有用的数据，对平板夯的发展起到了开创性的意义。振动平板夯是理由激振器产生的振动进行作业的机器。为了提高国产夯设计生成水平，我们对振动平板夯进行模型的建立，利用计算机辅助设计和分析对其进行优化，并对实际使用中的问题进行

12、探索和研究。有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构7 的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大

13、多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。8 AbstractApplication of vibrating plate ram is very extensive, whether athome or abroad, vibration plate rammer technology are still in theexploratory stage, there are still many technical problems to be solved.The main working conditions of the

14、 internal parts hesitation complex andharsh working conditions, makes it difficult for the flat plate and theworking process of experiment and simulation. It is difficult to find thecorresponding data in the test, to improve the plate compactor, inhibitedthe development of plate rammer. Now more pop

15、ular abroad is the use ofthe finite element method, the mechanical analysis of complexcomponents. Including static analysis, linear, nonlinear analysis, vibration,fatigue analysis etc. This makes the original complex experiment easier,engineer, can simulate the complex work process on the computer,

16、tocollect useful data, the development of plate compactor has played apioneering significance.Vibratory plate compactor vibration exciter is a reason to work themachine. In order to improve the design level of domestic consolidationgeneration, we establish the model of compaction of vibrating plate,

17、 theutilization of the optimized computer aided design and analysis, andstudies the problems in actual use.The finite element method is a solution of a partial differentialequation boundary value problem of approximate numerical solution9 techniques. When solving the problem of the whole region deco

18、mposition,each sub region become simple part, this part is called simple finiteelement. It is through the variational method, the error function minimumvalues and generate a stable solution. In analogy to the connection ofmulti section circular thought micro linear approximation, the finiteelement m

19、ethod contains all possible methods, these methods will bemany small regions called finite element equations on the simple link,and use it to estimate a more large area on the complex equation. It willsolve the field as many as by little interconnection finite elementsubdomains, Now more popular abr

20、oad is the use of the finite elementmethod, the mechanical analysis of complex components. Including staticanalysis, linear, nonlinear analysis, vibration, fatigue analysis etc. Thismakes the original complex experiment easier, engineer, can simulate thecomplex work process on the computer, to colle

21、ct useful data, thedevelopment of plate compactor has played a pioneering significance.Vibratory plate compactor vibration exciter is a reason to work themachine. In order to improve the design level of domestic consolidationgeneration, we establish the model of compaction of vibrating plate, theuti

22、lization of the optimized computer aided design and analysis, andstudies the problems in actual use.The finite element method is a solutionof a partial differential equation boundary value problem of approximatenumerical solution techniques. When solving the problem of the whole10 region decompositi

23、on, each sub region become simple part, this part iscalled simple finite element. It is through the variational method, the errorfunction minimum values and generate a stable solution. In analogy to theconnection of multi section circular thought micro linear approximation,the finite element method

24、contains all possible methods, these methodswill be many small regions called finite element equations on the simplelink, and use it to estimate a more large area on the complex equation. Itwill solve the field as many as by little interconnection finite elementsubdomains, ffor each unit there is a

25、suitable (simpler) approximatesolution, and then solve the domain always satisfy condition (such as thestructure of the equilibrium conditions), so as to get the solution of theproblem. This solution is not the exact solution, but approximate solution,because the actual problem is replaced by a simp

26、le question. Since mostpractical problems difficult to get the accurate solution, and the finiteelement calculation of not only high precision, but also can adapt tovarious kinds of complicated shapes, so it becomes the effective means ofEngineering analysis.11 目录一，振动平板夯的特点和背景二，振动平板夯的技术难点三，有限元在振动平板夯

27、中的应用四，结构件的有限元分析4.1 有限元介绍4.2 有限元分析过程讲解4.2.1 前处理导入模型4.2.2 前处理材质设定4.2.3 前处理网格划分4.2.4 边界条件设定4.2.5 计算4.2.6 分析结果评估五，结构优化六，总结七，参考文献12 一，振动平板夯的特点和背景在道路和建筑施工中都要对基础和路面进行压实，压实作业是施工中的一个重要组成部分。有效的压实能显著提高基础或路面的承载能力和稳定性，提高不渗透性，消除沉陷。压实质量如何，对道路和建筑的安全和寿命有着决定性的影响。如何有效的提高压实度已经成为一个需要迫切解决的问题。压实机械有多种分类方法，按工作装置的外形可分为：圆柱形，平

28、板型，多边形，凸块形，羊角形等；按载荷可分为：静作用，振动作用，冲击作用等；按驱动方式可分为：自行驱动式，拖动式等；按压实原理课分为：静力压实，振动压实，震荡压实，真空压实，夯实，冲击压实等；振动平板夯是理由激振器产生的振动进行作业的机器。为了提高国产夯设计生成水平，我们对振动平板夯进行模型的建立，利用计算机辅助设计和分析对其进行优化，并对实际使用中的问题进行探索和研究。有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想

29、，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合13 适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。振动平板夯主要用于夯实颗粒之间的粘结力及摩擦力较小的材料，如河沙、碎石、沥青等。其主要工作参数有：工作平板底面面积、整机质量、激

30、振力、激振频率的影响。振动平板夯主要适用于夯实颗粒之间的粘结力及摩擦力较小的材料，如河砂、碎石及沥青等。振动平板夯的主要工作参数有：工作平板底面面积、整机质量、激振力及激振频率。一般情况下，同一种规格的平板的底板面积都差不多，所以平板冲击夯的性能主要受整机质量、激振力及激振频率的影响。激振力主要是用来维持被夯实材料的受迫振动；而激振频率则影响夯实效率及夯实程度，即在同样的激振力作用下，激振频率越高，夯实效率及密实度越高。振动平板夯在工作跳起时都要维持一定的跳起高度，一般在0.4-0.8mm 之间。振动平板夯在达到同样激振力时，平板夯的工作频率越高，其所需的振动质量就越小，从而其整机质量就越轻。

31、但是，由于大部分平板夯都使用汽油发动机作为动力源，而汽油发动机能承受的振动有限，所以工作频率越高，其隔振要求就越高，从而对各部件的技术要求就越高。14 二，振动平板夯的技术难点压实机械有多种分类方法，按工作装置的外形可分为：圆柱形，平板型，多边形，凸块形，羊角形等；按载荷可分为：静作用，振动作用，冲击作用等；按驱动方式可分为：自行驱动式，拖动式，自移式等；按压实原理课分为：静力压实，振动压实，震荡压实，真空压实，夯实，冲击压实等；按质量和作用力大小可分为：定向振动，圆周振动，多频振动，混沌振动等。2.1 平板夯的作用及工作原理振动平板夯利用激振器产生的振动能量进行压实作业，其对地面产生强烈的冲

32、击力形成冲击波向地表内层传播，使被压层永久变形，激振力引起被压层颗粒振动或产生共振，减小土壤微粒之间的内摩擦力并产生位移，冲击振动相结合使之处于最密实状态，打倒压实效果。振动平板夯是理由激振器产生的振动进行作业的机器。为了提高国产夯设计生成水平，我们对振动平板夯进行模型的建立，利用计算机辅助设计和分析对其进行优化，并对实际使用中的问题进2.2 行探索和研究。有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含

33、了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的15 简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之 2.3 有效的工程分析手段。振动平板夯主要适用于夯实颗粒之间的粘结力及摩擦力较小的材料，如河砂、碎石及沥青等。振动平板夯的主要工作参数有：工作平板底面面积、整机

34、质量、激振力及激振频率。一般情况下，同一种规格的平板的底板面积都差不多，所以平板冲击夯的性能主要受整机质量、激振力及激振频率的影响。激振力主要是用来维持被夯实材料的受迫振动；而激振频率则影响夯实效率及夯实程度，即在同样的激振力作用下，激振频率越高，夯实效率及密实度越高。2.4 平板夯的特点本设计将采用双偏心块回转振动发生器，针对之前的蛙式夯实机自身体积大、质量大使用和转移不方便；偏心块外漏违反安全要求；噪音大工作时影响附近居民生活；夯头架连续冲击金属结构部分应以出现断裂；夯头架上的联接螺栓也在连续冲击下容易松动，如不经常检查容易造成偏心块飞出伤人事故；灵位蛙式打夯机在使用中操纵人员劳动强度大、

35、传动带受偏心块激振力周期变化的影响容易失效，需要不是更换；而且夯实效果也差。从上述情况看，工程施工场所需要16 一种小型压实机械，要求性能：振动平板夯是理由激振器产生的振动进行作业的机器。为了提高国产夯设计生成水平，我们对振动平板夯进行模型的建立，利用计算机辅助设计和分析对其进行优化，并对实际使用中的问题进行探索和研究。有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为

36、有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。质量较轻，体积小，结构紧凑，外观新颖，便于移动场地，操作轻便，压实作用大，压实效果好，价格低廉，适合我国国情。市面上最为常见的平板夯分为内燃式和电动式振动平板夯，而按照振源可分为单振动质

37、量型和双振动质量型；单质量的是全部质量参加振动运动；而双质量的是下部质量与上部质量之间有隔振装置。17 三，有限元在振动平板夯中的应用振动平板夯结构强度研究概况侧板、大梁和横梁是平板夯箱的主要受力构件 ,所以振动平板夯平板夯木文主要研究的振动平板夯分机械是利用激振器带动平板夯箱振动来实现平板夯分工作的机械设备，工作环境也比较恶劣，所以平板夯分机械的结构往往损坏比较快，这就需要对振动平板夯进行有限元分析，本文用 UG 对振动平板夯三维建模，用 ANSYS 对振动平板夯有限元建模，用 ANSYS 进行了模态分析、静力学分析。通过分析得到相应的云图得知：1.对于对称结构的振动平板夯，正对称的固有频率

38、对其振动起绝对作用，而正对称固有频率远远大于振动平板夯的激振频率，即振动平板夯不会发生共振。2.通过振动平板夯的应力分析，需用应力大于等效应力幅值，即振动平板夯满足强度要求。实际的结构往往会受到各种各样的外在载荷和复杂多变的工况影啊,都存在非线性的情况 ,而模态分析仅限于线性情况的研究 ,所以若能解决非线性的问题 ,将会对提高计算结果的准确度有很大的帮助。由于时间关系本文还没能给出阐释。受力最大的位置 ,但由于计算条件的限制,只能对横梁作等效的静强度分析。近年来随着计算机的发展，有限元方法也得到了广泛的日本学者对日本生产的宽 4m,长 12m,平板夯分面积为 48m2 振动平板夯是理由激振器产

39、生的振动进行作业的机器。为了提高国产夯设计生成水平，我们对振动平板夯18 进行模型的建立，利用计算机辅助设计和分析对其进行优化，并对实际使用中的问题进行探索和研究。有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）

40、近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。的大型惯性振动平板夯进行了强度分析，利用ansys 软件分析得出结论:振动平板夯达到预定转速时 ,构件无共振点 ,构件应力值也未发现较大跳动并与实测结果基本吻合 ,从而肯定了振动平板夯在平板夯分作业时是安全可靠的；傅莉等用 SAP91 软件对 2ZKX1760 型振动平板夯进行动强度分析，分析得出该振动平板夯各阶频率均避开了其工作频率 ,各部

41、位应力值较低,其设计满足强度要求，振动平板夯的较大应力主要分布在大小横梁与平板夯箱接触处 ,其它部位应力水平较低 ,强度储备较大 ,19 可适当改进以减轻重量,节约材料；李永志等对 SXJ4261 型香蕉平板夯进行动态特性分析，通过分析得出平板夯机工作在远共振区 ,并对平板夯机各部位进行了应力校核；刘金生等对 TMS 型三电机自同步振动平板夯进行有限元分析；侯勇俊等对 XRZS-Z 型振动平板夯结构强度进行有限元分析，分析得出平板夯箱的最大应力未超过许用应力 ,满足强度要求；李云堂对 ZD1500 型振动平板夯结构进行动态特性分析，分析得出振动平板夯在工作过程中, 平板夯箱侧板框架存在几个应力

42、集中区，但各部位动应力值较低，小于许用应力，不会引起共振；王进军对 ZK2450 振动平板夯进行动态特性的分析；丁凯对 ZKB3675 大型直线振动平板夯进行动强度分析；王兆申基于有限元法对振动平板夯进行模态特性分析；朱维兵用Pro/E 对石油钻井振动平板夯进行动态特性分析，分析得出振动平板夯在工作过程中 ,平板夯箱侧板存在四个应力集中区 ,但各部位动应力值较低，小于许用应力，出口端 L 型加强板和纵向加强梁强度相对较弱,有待加强；张永锋等用 ANSYS 对 2065 椭圆振动平板夯进行动应力分析，分析得出最大应力区域为入口端梁处，大于许用应力值，通过结构改进最终使 应 力 水 平 整 体 上

43、 降 低 并 趋 于 均 匀 ； 吴 丽 娟 等用 ANSYS 对 ZKZ21537 型直线振动平板夯进行了模态分析和谐响应分析，分析得出振动平板夯第 9 阶模态振型为侧板的弯曲振动，其模态频率为 15.347Hz，接近工作频率 16Hz，振动平板夯在工作过程中平板夯箱侧板与上横梁的接触部位存在四个应力集中区，其中最大动应力超过许用动应力值，通过在靠近出口端处再加一根上横梁使20 第 9 阶模态频率远离激振频率，同时应力集中的情况也得到改善。四，结构件的有限元分析4.1 有限元介绍在数学中，有限元法（FEM，Finite Element Method）是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值

44、技术。求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），振动平板夯是理由激振器产生的振动进行作业的机器。为了提高国产夯设计生成水平，我们对振动平板夯进行模型的建立，利用计算机辅助设计和分析对其进行优化，并对实际

45、使用中的问题进行探索和研究。有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。它将求解21 域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的

46、问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。在有限单元法中，选择节点位移作为基本未知量时称为位移法；选择节点力作为基本未知量时称为力法；取一部分节点力和一部分节点位移作为基本未知量时称为混合法。位移法易于实现计算自动化，所以，在有限单元法中位移法应用范围最广。当采用位移法时，物体或结构物离散化之后，就可把单元总的一些物理

47、量如位移，应变和应力等由节点位移来表示。这时可以对单元中位移的分布采用一些能逼近原函数的近似函数予以描述。通常，有限元法我们就将位移表示为坐标变量的简单函数。这种函数称为位移模式或位移函数。根据单元的材料性质、形状、尺寸、节点数目、位置及其含义等，找出单元节点力和节点位移的关系式，这是单元分析中的关键一步。此时需要应用弹性力学中的几何方程和物理方程来建立力和位移的方程式，从而导出单元刚度矩阵，这是有限元法的基本步骤之一。22 物体离散化后，假定力是通过节点从一个单元传递到另一个单元。但是，对于实际的连续体，力是从单元的公共边传递到另一个单元中去的。因而，这种作用在单元边界上的表面力、体积力和集

48、中力都需要等效的移到节点上去，也就是用等效的节点力来代替所有作用在单元上的力。4.2 有限元分析过程讲解4.2.1 前处理导入模型有限元法：把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元（子域）所构成，其模型给出基本方程的分片（子域）近似解，由于单元（子域）可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件有限元模型：它是真实系统理想化的数学抽象。由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。有限元分析：是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。并利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知

49、量去逼近无限未知量的真实系统。本次分析针对振动平板夯中的侧板支架进行分析。第一步将模型导入 ansys 软件23 打开有限元软件，ansys 如下图所示，点住 static structural 拖到 project 界面线弹性有限元是以理想弹性体为研究对象的，所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。在这类问题中，材料的应力与应变呈线性关系，满足广义胡克定律；应力与应变也是线性关系，线弹性问题可归结为求解线性方程问题，所以只需要较少的计算时间。如果采用高效的代数方程组求解方法，也有助于降低有限元分析的时间。24 线弹性有限元一般包括线弹性静力学分析与线弹性动力学分析两方面。非线性问题与线弹性问题

50、的区别：1）非线性问题的方程是非线性的，一般需要迭代求解；2）非线性问题不能采用叠加原理；3）非线性问题不总有一致解，有时甚至没有解。有限元求解非线性问题可分为以下三类：然后右击 gemotery 选择模型的路径，打开模型如上图所示成功将模型导入到 ansys 软件，如上图所示4.2.2 前处理材质设定第二步，对模型进行材质设定如下图所示，25 点击 assignment，在右边弹出选项条中选择 structural steel 结构钢1）材料非线性问题材料的应力和应变是非线性的，但应力与应变却很微小，此时应变与位移呈线性关系，这类问题属于材料的非线性问题。由于从理论上还不能提供能普遍接受的本

51、构关系，所以，一般材料的应力与应变之间的非线性关系要基于试验数据，有时非线性材料特性可用数学模型进行模拟，尽管这些模型总有他们的局限性。在工程实际中较为重要的材料非线性问题有：非线性弹性（包括分段线弹性）、弹塑性、粘塑性及蠕变等。4.2.3 前处理网格划分有限元法：把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元（子域）所构成，其模型给出基本方程的分片（子域）近似解，由于单元（子域）可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件26 有限元模型：它是真实系统理想化的数学抽象。由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。有

52、限元分析：是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。并利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。几何非线性问题几何非线性问题是由于位移之间存在非线性关系引起的。 当物体的位移较大时，应变与位移的关系是非线性关系。研究这类问题一般都是假定材料的应力和应变呈线性关系。它包括大位移大应变及大位移小应变问题。如结构的弹性屈曲问题属于大位移小应变问题，橡胶部件形成过程为大应变问题。对模型进行网格划分如下图所示，点击模型，然后右击点 mesh，点击 element size，设定网格的大小，如图所27 示，设定网格大小为 10mm设定完毕以

53、后右击 mesh，软件对模进行网格划分，几何非线性问题几何非线性问题是由于位移之间存在非线性关系引起的。 当物体的位移较大时，应变与位移的关系是非线性关系。研究这类问题一般都是假定材料的应力和应变呈线性关系。它包括大位移大应变及大位移小应变问题。如结构的弹性屈曲问题属于大位移小应变问题，橡胶部件形成过程为大应变问题。如下图所示网格划分结束以后的效果图如下非线性边界问题28 在加工、密封、撞击等问题中，接触和摩擦的作用不可忽视，接触边界属于高度非线性边界。平时遇到的一些接触问题，如齿轮传动、冲压成型、轧制成型、橡胶减振器、紧配合装配等，当一个结构与另一个结构或外部边界相接触时通常要考虑非线性边界

54、条件。实际的非线性可能同时出现上述两种或三种非线性问题。非线性边界问题4.2.4 边界条件设定有限元法：把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元（子域）所构成，其模型给出基本方程的分片（子域）近似解，由于单元（子域）可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件有限元模型：它是真实系统理想化的数学抽象。由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。有限元分析：是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。并利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。非线性

55、边界问题在加工、密封、撞击等问题中，接触和摩擦的作用不可忽视，接触边界属于高度非线性边界。平时遇到的一些接触问题，如齿轮传动、冲压成型、轧制成型、29 橡胶减振器、紧配合装配等，当一个结构与另一个结构或外部边界相接触时通常要考虑非线性边界条件。实际的非线性可能同时出现上述两种或三种非线性问题。前处理完毕以后，需要对模型进行边界条件设定如下图所示，上图为设定位移约束，由于在工作过程中，支架的两个圆孔部分与轴连接可以看做相对静止，将其设定为0 位移。设定参数为displacement 三个方向的位移都为 030 同理对右边的支架进行设定，设定方法与上面一样设定完位移约束，还需要对模进行受力设定有限

56、元方法的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。31 如图上图所示，在对两个圆孔部分进行位移约束以后，对支架下面进行受力约束，在工作过程中，支架下面受到冲击力，所以可以模拟，在其下面施加一个力。如图所示，在下面施加向上的力 200N4.2.5 计算有限元法：把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元（子域）所构成

57、，其模型给出基本方程的分片（子域）近似解，由于单元（子域）可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件有限元模型：它是真实系统理想化的数学抽象。由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。有限元分析：是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。并利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可32 以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元方法的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变

58、量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。设定完毕，点击 solve 进行计算计算结果包括Equivalent stressEqulivalent elastic strainTotal deformation33 4.2.6 分析结果有限元法：把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元（子域）所构成，其模型给出基本方程的分片（子域）近似解，由于单元（子域）可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件有限元模型：它是真实系统理想化的数学抽象。由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。有限元分析：是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。并利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。木文主要研究的振动平板夯分机械是利用激振器带动平板夯箱振动来实现平板夯分工作的机械设备，工作环境也比较恶劣