現(xiàn)代機(jī)械工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)2（機(jī)設(shè)）——ANSYS專題題目：起重臂設(shè)計(jì)院（部）：一—機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：—機(jī)械工程及自動(dòng)化班級(jí)：一____機(jī)械091姓名：一—梅林學(xué)號(hào)：-2009071093指導(dǎo)教師：.—周海濤沈孝芹完成日期：_2012-12-21—、實(shí)驗(yàn)?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(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的能力，獨(dú)立解決本專業(yè)方向?qū)嶋H問(wèn)題的能力；進(jìn)一步提高學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)、動(dòng)手操作能力，為將來(lái)所從事的機(jī)械設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、實(shí)驗(yàn)環(huán)境硬件：方正計(jì)算機(jī)1臺(tái)軟件：CAE軟件ANSYS三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(任務(wù)及要求)：任務(wù)：主要訓(xùn)練學(xué)生對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)問(wèn)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(guò)實(shí)驗(yàn)分析使學(xué)生了解和掌握有限元技術(shù)輔助機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的特點(diǎn)，推動(dòng)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本組數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)項(xiàng)學(xué)生2a(m)0.6P(N)250左端集度(N/m)0右端集度q0(N/m)650彈性模量(GPa)207帕松比0.3截面積0.001抗彎慣性矩0.020833截面高度0.05要求：本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生以高度的責(zé)任感，嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍的態(tài)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和良好的工作作風(fēng)，嚴(yán)禁抄襲和投機(jī)取巧。同時(shí)，按以下要求進(jìn)行設(shè)計(jì)：1、按照國(guó)家標(biāo)淮和設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)：塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T13752-92；起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T3811-2008；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-2003；塔式起重機(jī)安全規(guī)程GB5144-2006。2、進(jìn)行塔式起重機(jī)起重臂的設(shè)計(jì)，額定起重力矩為630kN?m、800kN?m、1000kN?m、1250kN-m分別進(jìn)行最大幅度為40m、45m、50m、55m、60m的起重臂的設(shè)計(jì)、計(jì)算。3、綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的力學(xué)知識(shí)和有限元理論，設(shè)計(jì)起重臂的結(jié)構(gòu)及主肢和腹桿的參數(shù)，構(gòu)造起重臂的有限元模型，選擇合適的單元，施加合適的載荷和邊界條件，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，提取結(jié)果，進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告并總結(jié)。四、實(shí)驗(yàn)步驟：（一）問(wèn)題分析設(shè)計(jì)起重臂的結(jié)構(gòu)及主肢和腹桿的參數(shù)，構(gòu)造起重臂的有限元模型，選擇合適的單元，施加合適的載荷和邊界條件，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，提取結(jié)果，進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。模型簡(jiǎn)化如下圖所示（二）實(shí)驗(yàn)過(guò)程：1、單元分析（說(shuō)明單元選擇依據(jù)）、材料分析根據(jù)塔式起重機(jī)選擇Q345鋼，彈性模量為2.07e11，泊松比0.3，密度7850kg/m3，臂架BEAM188，拉桿LINK10.下弦桿方鋼100*100*12,上弦圓鋼25*50,綴條50*50*4.拉桿LINK10選擇截面1840e-6。根據(jù)起重臂的總長(zhǎng)30m,分為6m一個(gè)單元。（1）拾取菜單MainMenu-Preprocessor-ElementType--Add/Edit/Delete。彈出所示的對(duì)話框，單擊“Add”按鈕；彈出對(duì)話框，，選擇beam188,apply，選擇則LINK10，ok，點(diǎn)close關(guān)閉。（2）拾取菜單MainMenu—Preprocessor—MaterialProps—MaterialModels。彈出第3頁(yè)共16頁(yè)的對(duì)話框，在右側(cè)列表中依次雙擊“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”,彈出對(duì)話框，在“EX”和“PRXY”文本框中輸入彈性模量2.07e11和泊松比0.3,單擊“OK”按鈕，選擇density添加密度7850kg/m3，單擊“Close”按鈕.2、建模(1)創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)拾取菜單MainMenu-Preprocessor-Modeling-Create-Keypoints-InActiveCS。在彈出的對(duì)話框中輸入1(0,0,0,)2(1.5,0,0)3(1.5,0,1.5)4(0,0,1.5)5(0.75,1.5,0.75)。然后拾取creat-lines-straightlines，依次連接兩點(diǎn)，創(chuàng)建直線。(2)復(fù)制拾取菜單MainMenu-Preprocessor-copy-lines，選擇pickall在彈出的對(duì)話框中個(gè)數(shù)輸2，距離1.5，點(diǎn)擊OK.

(3)合并點(diǎn)拾取菜單MainMenu-Preprocessor-Numberingctrls-mergeitems,在彈出的對(duì)話框選擇ALL,點(diǎn)擊OK。然后拾取compressnumbers,在彈出的對(duì)話框選擇ALL,點(diǎn)擊OK。(4)定義界面與屬性。取菜單MainMenu-Preprocessor-sections-beam-commonsections。依次定義1圓鋼25*50，2方鋼100*100*12，3角鋼50*50*4.。菜單MainMenu-Preprocessor-mesh-meshattributes-pickline。在彈出的對(duì)話框中依次選中上懸桿圓鋼2,下懸桿方鋼1,斜桿與底桿圓鋼3。點(diǎn)擊OKIBeamToolSub-Type下懸桿方鋼1,斜桿與底桿圓鋼3。點(diǎn)擊OKIBeamToolSub-TypeOttsetToOtfset-YPreviewMeshviewNameOttset-Z（5）復(fù)制復(fù)制拾取菜單MainMenu-Preprocessor-copy-lines，選擇pickall，復(fù)制10份，輸入距離3,ok，合并排列點(diǎn)，連接缺省的直線定義屬性。（6）創(chuàng)建預(yù)定義拉桿。創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)（0,8,0.75），在上懸桿上創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)（21.75,1.5,0.75），然后將桿上的關(guān)鍵點(diǎn)與創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)耦合，在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間創(chuàng)建一個(gè)element，根據(jù)Menu-Preprocessor-mesh-meshattributes-pickline在彈出的對(duì)話框中選擇Link10。（7）網(wǎng)格劃分。Menu-Preprocessor-mesh-meshtool在彈出的對(duì)話框中選擇lines-set,選擇beam188桿劃分，距離0.5M,選擇MESH，劃分網(wǎng)格。同理劃分LINK10拉桿，在彈出的對(duì)話框中選擇分1份。[LES1Z曰ElementsizesonpickedlinesSIZEElementedgelength0,5PdD'IVNo.ofelementdivisions[ND1VkusedonlyifSIZE低blankorzero)KYNDIVSIZE,NDLVcanbechanged廳YesSPACESpacingratioANGSJZDivi&ionarc[degrees]〔useANGS]Zonlyitfnumberofdivisions(ND1V)ande\eme-ntedgelength(SIZE]areblankorzero]OKApplyCancelHelp3、加載求解（8）施加約束。施加約束拾取菜單MainMenu-Solution-DefineLoads-ApplyStructural-Displacement-Onkeypoints。拉桿限制6個(gè)自由度，起重臂兩個(gè)端點(diǎn)限制5個(gè)，不限制Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)。（9）施加風(fēng)載和重力加速度。選擇MainMenu-Solution-DefineLoads-ApplyStructural-inertia-gravity。在彈出的對(duì)話框中根據(jù)所計(jì)算的風(fēng)載加速度加載Z軸，輸入值1.638，重力輸入9.8，沿Y軸方向。

（10）施加小車與重物集中力。選擇MainMenu-Solution-DefineLoads-ApplyStructural-force/moment-onnodes.選擇小車車輪四個(gè)點(diǎn)，力為Y軸負(fù)方向-10400N。加載過(guò)程4、后處理（11）拾取菜單MainMenu-Solution-Solve-CurrentLS。單擊“SolveCurrentLoadStep”對(duì)話框的“OK”按鈕。出現(xiàn)“Solutionisdone”提示時(shí)，求解結(jié)束，即可查看結(jié)果（12）查看結(jié)果，顯示變形拾取菜單MainMenu-GeneralPostproc-PlotResults-DeformedShape。彈出的對(duì)話框，選中“Def+un-defedge”（變形+未變形的模型邊界），單擊“OK”按鈕。（13）定義軸力，彎矩，剪力。MainMenu-elementtable-definetable.依次定義軸力1和2，值為SMISC1、14；依次定義彎矩1和2，值為SMIS,3、16；依次定義剪力1和2，值為SMIS,6、19,點(diǎn)擊OK。

[AWON]EffNU*或str-siiliisn^ijcxr^F?aJudxai?tnwmirKimai血3±i?AddrilaihdEltrnttnfETniMBLE]匚野M[AWON]EffNU*或str-siiliisn^ijcxr^F?aJudxai?tnwmirKimai血3±i?AddrilaihdEltrnttn虹EMCt(14)查看拾取菜單MainMenu-GeneralPostproc-PlotResults-Contour-lineelemres。一次求解軸力、彎矩、剪力圖，并保存。虹EMCt(15)依次重新加載小車與重物集中力，測(cè)量端部、中部、較近處3點(diǎn)后處理。端部變形圖

軸力圖彎矩圖剪力圖中部變形圖軸力圖AN口底部耕」舊腴:煎彎矩圖剪力圖較近處變形圖軸力圖LiarsiTTXs.=srE(?=j頃-1TTWT='J..翎：成01.瓠削□］已IL&fr齡,戚乂逍:f.ts約Bm皿廿鈕,：！?E翼.加.的】乏ljaj.55：J5-10'34^1'-Il'S^3='-皿跳'1833.^&&漏母-151415-S3314-IASI'S5窗繇11.55&3S彎矩圖剪力圖（三）對(duì)比結(jié)果（誤差分析）:根據(jù)后處理的結(jié)果可以分析得與手計(jì)算相比更加準(zhǔn)確，其變形量卻小于0.5m，軸力，彎矩，剪力都符合剛度和穩(wěn)度的要求。其誤差主要有以下幾個(gè)方面:（1）用ANSYS將起重臂處理為桁架結(jié)構(gòu)，用桿單元組成，所有單元均為彈性單元，不計(jì)阻尼結(jié)構(gòu)。因?yàn)檎麄€(gè)起重臂的的上下桿和斜桿密度都定義一樣，忽略了拉桿與附件的重量不同，產(chǎn)生誤差。（2由于計(jì)算時(shí)的結(jié)構(gòu)下弦桿用的是槽鋼不滿足要求，這次重新計(jì)算選擇了方鋼，二者截面尺寸存在差異，影響受力狀況所以產(chǎn)生誤差。（3）在加載時(shí)由于將拉桿約束6個(gè)自由度，所以拉桿不能動(dòng)，為靜態(tài)分析。再者關(guān)于風(fēng)載手寫(xiě)是計(jì)算的每米上的受力，而此次設(shè)計(jì)是根據(jù)風(fēng)載的加速度施加的力，所以兩者之間存在誤差。（4）手寫(xiě)時(shí)由于計(jì)算量大，保留小數(shù)點(diǎn)位數(shù)精度不夠或者存在誤差，而用ANSYS分析計(jì)算準(zhǔn)確，精度高，兩者產(chǎn)生誤差。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)ansys有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，更加全面的認(rèn)識(shí)到了它強(qiáng)大