吊梁的應力計算和優(yōu)化設計

1、河北工業(yè)大學畢業(yè)論文1前言在一個現(xiàn)代化的企業(yè)中，CADCAM已經(jīng)減少了不少設計者的負擔，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)，還可以幫助設計者在CAD中合理建構幾何實體模型。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)達到現(xiàn)代化的水準，即可以[1]：1、縮短設計所需的時間和降低設計成本。2、在精確的分析結果下制造出品質(zhì)優(yōu)秀的產(chǎn)品。3、對設計變更能快速做出反應。4、能充分地與CAD集成并對不同類型的問題進行分析。5、能準確地預測產(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。在本次設計中采用了PATRAN和NASTRAN軟件，通過本次設計充分了解了該兩種軟件，有助于以后的學習和工作，并在此設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)被廣泛應用，因此在其設計的好壞顯得尤為重要。以往的人工計算精度低，而且有時達不到應有的強度要求，在實際的生產(chǎn)中，不僅不能使輕巧靈便，而且常常發(fā)生不應有的事故。設計中由于使用的是大型通用程序，在對實際的情況進行簡化時，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)值大小轉變成直觀的變形圖。整個過程操作簡便，結論可靠，體現(xiàn)出使用CAE計算機設計的絕對優(yōu)勢。河北工業(yè)大學畢業(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構分析問題時，一般要經(jīng)過以下幾個步驟：第一步，建立結

5、構幾何模型。幾何模型應能準確描述結構的空間形狀，并便于以后單元及節(jié)點的劃分。第二步，對結構進行離散，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，處理結構荷載及邊界條件。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)點位移求得應變和應力。第七步，輸出計算結果，繪制變形圖，應力圖，應變圖及振型圖等。在本次設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)值解法的結構型問題[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。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、計算模型上進行。因此，網(wǎng)格劃分將關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)結是單元類型的選擇，這應根據(jù)被分析結構的幾何形狀特點，結合載荷、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。空間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