1、山東建筑大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙現(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）： _機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： _機(jī)械工程及自動(dòng)化 班 級(jí)： _機(jī)械091 姓 名： _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 一、 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1.硬件：方正計(jì)算機(jī)1臺(tái)2.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)

2、機(jī)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(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

3、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/T 13752-92；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GB 50017-2003；塔式起重機(jī)安全規(guī)程GB 5144-2006。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630 kN×m、800 kN×m、1000 kN×m、1250 kN×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，

4、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，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告并總結(jié)。四、實(shí)驗(yàn)步驟：（一）問題分析設(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)3

5、0m,分為6m一個(gè)單元。（1）拾取菜單 Main Menu Preprocessor-Element Type -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 Main MenuPreprocessor-Material Props-Material Models。彈出的對(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

6、，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Main Menu-Preprocessor-Modeling-Create-Keypoints-In Active CS。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Main Menu-Preprocessor-copy-lines，選擇pick all 在彈出的對(duì)話框中

7、個(gè)數(shù)輸2，距離1.5，點(diǎn)擊OK.（3）合并點(diǎn)拾取菜單Main Menu-Preprocessor-Numbering ctrls-merge items, 在彈出的對(duì)話框選擇ALL，點(diǎn)擊OK。然后拾取compress numbers, 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Main Menu-Preprocessor-sections-beam-common sections。依次定義1圓鋼25*50，2方鋼100*100*12，3角鋼50*50*4.。菜單Main Menu-Preprocessor-mesh-mesh attributes-pick line。在彈

8、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OK（5）復(fù)制復(fù)制拾取菜單Main Menu-Preprocessor-copy-lines，選擇pick all，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-mesh attributes-pick line在彈出的對(duì)話框中選擇Link 10。（7）網(wǎng)格劃分。Menu-Prepr

9、ocessor-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LINK 10拉桿，在彈出的對(duì)話框中選擇分1份。 3、加載求解（8）施加約束。施加約束 拾取菜單Main Menu- Solution- Define Loads-ApplyStructural-Displacement-On keypoints。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Main Menu- Solution- Define Loads-ApplyStructural-in

10、ertia-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Main Menu- Solution- Define Loads-ApplyStructural-force/moment-on nodes .選擇小車車輪四個(gè)點(diǎn)，力為Y軸負(fù)方向-10400N。加載過程4、后處理（11）拾取菜單Main Menu-Solution-Solve -Current LS。單擊“Solve Current Load Step”對(duì)話框的“OK”按鈕。出現(xiàn)“Solution is done”提示時(shí)，求解結(jié)束，即可查

11、看結(jié)果（12）查看結(jié)果，顯示變形拾取菜單Main Menu-General Postproc-Plot Results-Deformed Shape。彈出的對(duì)話框，選中“Def+un-def edge”(變形+未變形的模型邊界)，單擊“OK”按鈕。（13）定義軸力，彎矩，剪力。Main Menu-element table-define table.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。（14）查看拾取菜單Main Menu-General Postproc-Plot Results-Co

12、ntour-line elem res 。一次求解軸力、彎矩、剪力圖，并保存。（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彎矩圖剪力圖較近處變形圖軸力圖彎矩圖剪力圖（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)大的功能，作為一個(gè)有效的工具，ansys在機(jī)械設(shè)計(jì)及分析中給我們帶來(lái)的便利是很大的，尤