吊梁的應(yīng)力計算和優(yōu)化設(shè)計

1、河北工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文1前言在一個現(xiàn)代化的企業(yè)中，CADCAM已經(jīng)減少了不少設(shè)計者的負(fù)擔(dān)，原來被視為CADCAM中配角的CAE(計算機輔助工程)已經(jīng)不再是以前的可有可無了，現(xiàn)在已經(jīng)是高品質(zhì)設(shè)計中不可缺少的重要一環(huán)。CAE不僅可以減少CAM中制造實體模型的次數(shù)，還可以幫助設(shè)計者在CAD中合理建構(gòu)幾何實體模型。因此合理運用CAE可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間，減少產(chǎn)品制造的成本。這也從一個側(cè)面說明，在整體效益上看，CADCAECAM已經(jīng)是不可分割的了

2、，并且向集成化的方向發(fā)展是一個必然趨勢。CAE可以使企業(yè)達(dá)到現(xiàn)代化的水準(zhǔn)，即可以[1]：1、縮短設(shè)計所需的時間和降低設(shè)計成本。2、在精確的分析結(jié)果下制造出品質(zhì)優(yōu)秀的產(chǎn)品。3、對設(shè)計變更能快速做出反應(yīng)。4、能充分地與CAD集成并對不同類型的問題進(jìn)行分析。5、能準(zhǔn)確地預(yù)測產(chǎn)品的性能。目前在全球范圍內(nèi)的CAE軟件產(chǎn)品是非常多的，如NASTRAN、PATRAN、COSMOS、ANSYS、ADINA、SAP、MARC、ASKA、RASNA、JIF

3、EX(國產(chǎn))等。在本次設(shè)計中采用了PATRAN和NASTRAN軟件，通過本次設(shè)計充分了解了該兩種軟件，有助于以后的學(xué)習(xí)和工作，并在此設(shè)計階段取得了可喜的成果。吊梁作為常用的起重部件，在國民生產(chǎn)的各個行業(yè)被廣泛應(yīng)用，因此在其設(shè)計的好壞顯得尤為重要。以往的人工計算精度低，而且有時達(dá)不到應(yīng)有的強度要求，在實際的生產(chǎn)中，不僅不能使輕巧靈便，而且常常發(fā)生不應(yīng)有的事故。設(shè)計中由于使用的是大型通用程序，在對實際的情況進(jìn)行簡化時，利用它提供的大型齊備的

4、單元庫和截面庫，方便快捷的進(jìn)行建模，利用ASSOCIATE代替焊接和受力傳遞，使之成為一個整體相互關(guān)聯(lián)的組件，利用約束條件來代替梁的另一半對稱部分。在分析后期的數(shù)據(jù)處理階段，又利用其方便的數(shù)據(jù)處理功能將數(shù)值大小轉(zhuǎn)變成直觀的變形圖。整個過程操作簡便，結(jié)論可靠，體現(xiàn)出使用CAE計算機設(shè)計的絕對優(yōu)勢。河北工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文31.21.2有限元求解問題的步驟有限元求解問題的步驟利用有限元法求解結(jié)構(gòu)分析問題時，一般要經(jīng)過以下幾個步驟：第一步，建立結(jié)

5、構(gòu)幾何模型。幾何模型應(yīng)能準(zhǔn)確描述結(jié)構(gòu)的空間形狀，并便于以后單元及節(jié)點的劃分。第二步，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散，即單元劃分。第三步，計算單元剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，并形成整體剛度矩陣和質(zhì)量矩陣。第四步，處理結(jié)構(gòu)荷載及邊界條件。第五步，求解線形方程組，求得各節(jié)點的位移。第六步，由節(jié)點位移求得應(yīng)變和應(yīng)力。第七步，輸出計算結(jié)果，繪制變形圖，應(yīng)力圖，應(yīng)變圖及振型圖等。在本次設(shè)計中的主要工作集中在第一、二、四步中，其余的則是由有限元前處理PATRAN及分析軟件N

6、ASTRAN自動完成的。1.31.3有限元基本原理及公式有限元基本原理及公式有限元法的實質(zhì)是把具體有無限多個自由度的彈性連續(xù)提理想化成為只有有限個自由度的單元集合體，使問題簡化為合適于數(shù)值解法的結(jié)構(gòu)型問題[2]。其計算步驟包括起來分成以下七步：1.3.11.3.1彈性連續(xù)體的離散化彈性連續(xù)體的離散化這是有限單元法的基礎(chǔ)。所謂離散化就是將彈性體的區(qū)域分割成為有限個單元離散而成的有限單元結(jié)合體將代替原來的彈性連續(xù)體，所有的計算分析都將在這個

7、計算模型上進(jìn)行。因此，網(wǎng)格劃分將關(guān)系到有限元分析的速度和精度，甚至計算的成敗。有限元離散化過程中的一個重要環(huán)結(jié)是單元類型的選擇，這應(yīng)根據(jù)被分析結(jié)構(gòu)的幾何形狀特點，結(jié)合載荷、約束、計算精度的要求以及描述該問題所需的獨立空間坐標(biāo)的數(shù)目等全面考慮。除了桿單元外，平面問題常用的有簡單三角形單元、軸對稱三角形環(huán)單元、八節(jié)點任意四邊形單元以及曲邊形單元?？臻g問題常用的單元有四邊形單元、長方體單元、任意六面體單元以及曲面六面體單元等。選擇確定單元類型