现代机械工程基础实验2 指导书(机设方向)

1、现代机械工程基础实验2 指导书（机设方向）实验1：机械零部件的有限元分析（ANSYS专题)一、实验目的：综合训练和培养学生利用有限元技术进行机械系统分析和设计的能力，独立解决本专业方向实际问题的能力；训练学生对机械结构问题分析规划的能力，能正确利用有限元分析软件ANSYS建立结构的有限元模型，合理定义单元、分析系统约束环境，正确加载求解，能够提取系统分析结果。通过实验分析使学生了解和掌握有限元技术辅助机械系统设计和分析的特点，推动学生进行创新设计，进一步提高动手操作能力，为将来所从事的机械设计打下坚实的基础。二、实验任务：本专题实验借用上一学期现代机械工程基础实验1-金属结构部分的参数和设计成

2、果，采用有限元方法进行设计分析，用ANSYS软件对塔机的起重臂、平衡臂和塔身结构进行模型构建和强度、刚度分析，并与手工计算结果进行对比讨论。掌握有限元法进行工程实例计算的基本方法和步骤。三、实验内容：通过本专题实验周，使学生对基于ANSYS平台用有限元法进行工程实例分析计算有一定的了解与认识。学生在使用实验过程中，先针对起重机起重臂、平衡臂、塔身等的特点查阅相关文献、书籍、了解ANSYS分析塔机结构的方法，能按照有限元法的基本步骤，先进行模型的合理简化，进行结构模型的创建，完成前处理工作；其间能与指导教师、同学进行沟通、讨论，寻求最合理的单元选择和模型创建方法，不断的修改模型，直到解决问题。在

3、求解模块，能在老师指导下进行各种载荷的简化和施加，力求符合工程实际。之后进行后处理模块工作，提取相应的结构位移、受力结果，绘制内力图、剪力图和弯矩图；最后，每人都完成一份完整的实验报告书。整个过程周密有序，有利于学生按时高质完成全部实验任务。四、实验进度：序号主要内容时 间备 注1熟悉设计内容、明确设计任务、手工计算17周周一2平衡臂有限元模型的建立17周周二3确定载荷和边界条件17周周三4求解及后处理17周周四5结果分析论证、编写整理实验报告17周周五五、实验题目：塔式起重机平衡臂分析（第1组）按以下要求进行设计：1、按照国家标淮和设计规范进行设计：塔式起重机设计规范 GB/T 13752-

4、92；起重机设计规范GB/T3811-2008；钢结构设计规范GB 50017-2003；塔式起重机安全规程GB 5144-2006。2、进行塔式起重机平衡臂的设计，额定起重力矩为630 kNm 、800 kNm、1000 kNm、1250 kNm分别进行平衡臂长度(平衡重距回转中心的距离)为8m、10m、12m、14m、16m的平衡臂的有限元计算。 （ ）3、综合运用学过的力学知识和有限元理论，设计平衡臂的结构及主肢和腹杆的参数，构造平衡臂的有限元模型，选择合适的单元，施加合适的载荷和边界条件，对结构进行静力分析，提取结果，进行强度和刚度校核，撰写实验报告并总结。4、本组数据：任务平衡重重量

5、起升机构距回转中心距离及重量钢丝绳载荷及夹角630KN.m_8m20.8T5m/2.2T1.5T/100六、实验步骤：（一）问题分析（注：对本题目先进行分析，例如属于何种结构，杆还是梁还是平面问题还是三维问题，模型能否简化，能否利用对称等等）(二)实验过程：1、单元分析（说明单元选择依据，为何选择该单元）、材料分析（选择的何种材料）2、建模建模思路，中间过程可适当配插图 3、加载求解 对约束条件、承受载荷进行分析具体加载过程4、后处理（具体编号根据自己情况编排）描述待处理结果，过程变形图，内力图弯矩图、剪力图支反力数据各项结果分析5、根据情况，可以增加单元数量，再次分析，提取结果，与之前结果分

6、析对比（三）对比结果（误差分析）：两次结果与手算结果列表，进行对比分析，两者误差率，然后讨论产生此结果的原因七、实验报告要求写明实验目的、任务、内容和步骤，具体包括目录、平衡臂的结构设计及有关参数、材料及参数、有限元模型的单元类型及单元特点、力学模型的确定、边界条件及载荷的处理、不同工况的处理、计算结果分析及校核、实验总结八、实验总结实验2 机械系统的计算机仿真技术(ADAMS专题) 一、实验目的：综合训练和培养学生利用计算机仿真技术进行机械系统动力学分析和设计的能力，独立解决本专业方向实际工程问题的能力；训练学生对机械系统结构设计和运动动力学问题分析规划的能力，能正确利用计算机仿真软件软件A

7、DAMS建立系统的虚拟样机模型，合理的添加约束、正确加载求解，能够提取系统分析结果。通过实验分析使学生了解和掌握仿真技术辅助机械系统设计和分析的特点，推动学生进行创新设计，进一步提高动手操作能力，为将来所从事的机械设计打下坚实的基础。二、实验任务：本专题实验对常见的机械系统如工程运输机械，工业机器人等，采用仿真分析技术进行设计分析，用ADAMS软件对装载机、挖掘机工作装置、工业机器人以及起重机械系统结构进行模型构建和运动、动力学分析，并与手工计算结果进行对比讨论。掌握计算机仿真技术进行工程实例分析计算的基本方法和步骤。三、实验内容：通过本专题实验周，使学生对基于ADAMS平台用计算机仿真技术进

8、行工程实例分析计算有一定的了解与认识。学生在使用实验过程中，先针对装载机、挖掘机工作装置、工业机器人以及起重机械系统等的特点查阅相关文献、书籍、了解ADAMS分析机械系统的方法，能按照仿真技术的基本步骤，先进行模型的合理简化，进行系统模型的创建，完成前处理工作；其间能与指导教师、同学进行沟通、讨论，根据系统简易程度，寻求最合理的模型创建方法，不断的修改模型，直到解决问题。在求解模块，能在老师指导下进行约束和载荷的简化和施加，力求符合工程实际。之后进行后处理模块工作，提取相应的运动、受力结果，绘制速度图、加速度图和各种力图；最后，每人都完成一份完整的实验报告书。整个过程周密有序，有利于学生按时高

9、质完成全部实验任务。四、实验进度：序号主要内容时 间备 注1熟悉设计内容、明确设计任务、手工计算18周周一2机械系统的虚拟样机模型的建立18周周二3确定载荷和边界条件18周周三4求解及后处理18周周四5结果分析论证、编写整理实验报告18周周五五、实验题目：装载机工作装置的动力学分析（第1组）按以下要求进行设计分析：下图所示为装载机系统图，根据以往学生毕业设计的资料，调取该装载机工作装置系统设计计算结果，完成以下分析：1）将保存文件输入到adams内，修改各构建的物理特性；2）根据连接关系施加约束、合理的添加外部载荷；3）以动臂不同位置为横坐标，仿真输出动臂与铲斗连接处的作用力；4）以拉杆不同位

10、置为横坐标，仿真输出拉杆与铲斗连接处的作用力；5）以动臂不同位置为横坐标；仿真输出摇杆与动臂连接处的作用力；6）以动臂不同位置为横坐标，仿真输出铲斗运动位移变换图；7）以动臂不同位置为横坐标，仿真输出动臂液压缸的作用力；8）以动臂不同位置为横坐标，仿真输出转斗液压缸的作用力；9）以动臂不同位置为横坐标，仿真输出动臂液压缸的支座反力10）以摇杆不同位置为横坐标，仿真输出转斗液压缸的支座反力本组主要数据：任务装载重量起升（下放）时间卸载ZL353500Kg4.7（3）s1s六、实验步骤：（一）问题分析（注：对本题目先进行分析，例如系统的各构件间的连接关系，各构件的结构组成，相互运动关系，模型如何简化，利用软件本身建模还是借助其它三维造型软件建立模型等等）(二)实验过程：1、约束分析（根据前面系统分析中各构件的运动关系）、材料分析（选择合理的材料并准确施加）2、建模建模思路，中间过程可适当配插图 3、加载求解 分析装载机工作过程中所承受的载荷特点，进行分析、并合理施加符合实际的载荷具体加载过程4、后处理（具体编号根据自己情况编排）描述待处理结果，过程运动图，构件连接力