实验报告模板

1、现代机械工程基础实验2(机设) ANSYS专题题 目：平头塔机起重臂的有限元分析院 （部）： 机电工程学院 专 业： 机械工程及自动化 班 级： 机械113 姓 名： 高辉 学 号： 指导教师： 沈孝芹 周海涛 完成日期： 2014.12.31 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

2、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、实验环境1.硬件：方正计算机1台2.软件：CAE软件ANSYS三、实验内容（任务及要求）：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。从而掌握有限元法进行工程实例计算的基本方法和步骤。本组数据：（列表已知数据）数据项数值（单位）额定起重力矩630KN.M最大起重量6T臂端起重量1.525T最大幅度45m最小幅度14.7m吊钩小车重量0.525T截面宽度B1.3m截

3、面高度 2m泊松比0.3实验要求： 本实验要求学生以高度的责任感，严肃认真、一丝不苟的态度进行设计，充分发挥主观能动性，树立正确的设计思想和良好的工作作风，严禁抄袭和投机取巧。同时，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 13752-92；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、进行塔式起重机起重臂的设计，额定起重力矩为630 kNm、800 kNm、1000 kNm、1250 kNm分别进行最大幅度为40m、45m、50m、55m、60m的起重臂的设计、计

4、算。 （额定起重量为630KN.m最大幅度45m的起重臂的设计计算）3、综合运用学过的力学知识和有限元理论，设计起重臂的结构及主肢和腹杆的参数，构造起重臂的有限元模型，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。四、实验步骤：（一）问题分析1.起重臂长度：根据最大回转半径，上塔身宽度和构造要求而定，起重臂长度为60m。2.起重臂截面形式：根据受力的构造要求而定，自升式塔式起重机截面采用格构式三角形的截面形式。3.起重臂的截面尺寸：截面高度和宽度根据强度，刚度，稳定性要求而定，取H=2m，B=2m。4.起重臂的运输单元考虑运输条

5、件和原材料长度，将起重臂做成各个节段，在工地上将各个节段用销轴连接，拼成整体的起重臂，然后再和塔身等部件装配成塔机。(二)实验过程：1、单元分析：因为是起重臂，可以假想成是一个悬臂梁，用beam，选择用beam188，在定义截面积即可，分三种材料，上悬杆，下悬杆的材料截面是不一样的，上悬杆是实心圆管，下悬杆是方钢，侧肢是圆钢管，钢丝绳选择只是承受拉力，用link10即可，在耦合一下点即可。2、建模：（1）建模思路：45米的起重臂分3节，一节15米，根据计算数据选择每节分五小段，每小段分3米，建完一节，对一节的材料截面就行赋予，在复制3小节即可。（2）设定单元类型选择菜单Main Menu-El

6、ement Type-Add/Edit/delet 弹出对话框，单击add按钮，开始添加新的单元类型。弹出library of element type 对话框，在library of eiement type 项的左列表中选择 structural beam ，在右侧列表中选择2 node 188. 但要注意定义方向点；再次添加一个LINK 10 单元。（3）设置单元截面类型选择菜单 Main Menu：preprocessor-sections-beam-commom sectns 开始设置所需三个截面的具体截面形式。弹出 beam tool 对话框，在界面编号 ID 框中输入 1 ，在截

7、面形式 sub-type 中选择实心钢管截面，输入相应数值。这就设置好了门式钢架柱子和梁的具体截面形式和具体尺寸，再依次输入2、3的截面形式。在实常数选项选项里边添加 LINK 10 的截面特性，在截面选项上输入截面积 0.（4）定义材料特性Main menu-preprocessor-material props-material models 材料号 1-structral（结构）-linear（线性）-elastic（弹性）-isotropic（各项同性）。在EX（弹性模量）中输入2.1e11，在PRXY（泊松比）中输入0.3；定义密度：在genersity 选项输入数值7850.（5）

8、创建模型定义关键点：A（0，0，0）B(0，1.5，0)C(1.5，0.75，2)D(3，0，0)E(3，1.5，0)由点生成线Copy-line复制五份所有的线段构成起重臂的一小节，合并所有的点线并连接所有点赋予截面特性：选择菜单main menu-preprocessor-meshing-mesh attribute-picked line，拾取所有上悬杆赋予材料截面特性1，拾取所有下悬杆赋予截面特性2，拾取所有侧枝赋予截面特性3，这三个材料都选择beam188.再次copy line复制所有线段，复制四份，距离是X轴18米，点击ok。再次合并所有的点线，并压缩所有的点线。（6）划分网格选

9、择菜单mainmenu-preprocessor-meshing-mesh attribute-Picked line设置当前默认的单元类型，实常数，材料属性及单元截面性质的编号。弹出的lines attributes对话框，然后拾取直线及方向点，同时定义梁和柱子的各项性质。选择菜单mainmenu-select-everything选择菜单mainmenu- preprocessor-meshing-size control-manul size-picked lines。控制创建网格划分单元的大小和数目。选择菜单mainmenu- preprocessor-meshing-mesh-lin

10、es将创建的各直线按上述所设定的要求划分网格。弹出meshlines对话框，选择直线，网格划分完毕。（7）创建钢丝绳 对钢丝绳划分网格，节点耦合，创建节点A(0，0.75，10)B(40，0.75，2.5)，由这两点练成线。 对钢丝绳进行材料赋予link10单元类型，对钢丝绳进行网格划分同上部，数量设置为一 节点耦合：选择菜单mainmenu- preprocessor-coupling-couple dofs 3、加载求解选择菜单mainmenu-solution-defineloads-apply-structrue-displacement-on keypionts在起重臂右侧两点施加除

11、绕Z轴转动 的所有约束，在钢丝绳a点施加全约束。4. 施加载荷（1）选择菜单 Mainmenu-Solution-Defineloads-Apply-Structrue-Inertia-Gravity-Global在Z轴施加10的中立加速度，在Y轴施加1000的风载荷。（2）Mainmenu- Solution-Defineloads-Apply-Structrue-ForceOn node依次在起重臂末端和14.7米处施加吊重，再在同一点施加吊重风载荷。5.求解（1）选择菜单mainmenu- solution-ansys type-new analysis选择分析类型static，即静态分

12、析。（2）选择菜单mainmenu- solution-solve-current LS对当前载荷进行求解。4、后处理选择菜单mainmenu- general postproc-element table-define table-点击add，在lbb文本中输入ISHEAR,然后在左侧下拉菜单中选择by sepuence num ，在右侧下拉菜单选择SMISC，再在对话框内输入5，单击apply，在lbb文本中输入JSHEAR，输入18，单击apply，在lbb文本中输入JM，然后在下拉菜单中选择by sequence num，再在框内输入15，单击ok ，close。依次添加其余五个应力和

13、弯矩。在臂端变形图：风载变形图：对XY轴的内力图：臂端弯矩图：臂端剪力图：臂端轴力图：支反力数据：PRINT ELEMENT TABLE ITEMS PER ELEMENT * POST1 ELEMENT TABLE LISTING * STAT CURRENT CURRENT CURRENT CURRENT ELEM 1 MX MY MZ 1 6770.2 2100.9 -0.10044E-07 0.0000 2 6770.2 2100.9 -0.10044E-07 0.0000 3 6770.2 2100.9 -0.10044E-07 0.0000 4 6770.2 2100.9 -0.1

14、0044E-07 0.0000 5 6770.2 2100.9 -0.10044E-07 0.0000 6 19719. 1859.9 0.22945E-07 0.0000 7 19719. 1859.9 0.22945E-07 0.0000 8 19719. 1859.9 0.22945E-07 0.0000 9 19719. 1859.9 0.22945E-07 0.0000 10 19719. 1859.9 0.22945E-07 0.0000 11 28836. 1683.3 0.13725E-07 0.0000 12 28836. 1683.3 0.13725E-07 0.0000

15、13 28836. 1683.3 0.13725E-07 0.0000 14 28836. 1683.3 0.13725E-07 0.0000 15 28836. 1683.3 0.13725E-07 0.0000 16 -2768.3 687.78 0.12445E-07 0.0000 17 -2768.3 687.78 0.12445E-07 0.0000 18 -2768.3 687.78 0.12445E-07 0.0000 19 -2768.3 687.78 0.12445E-07 0.0000 20 -2768.3 687.78 0.12445E-07 0.0000 21 -514

16、.81 158.22 0.23307E-07 0.0000 22 -514.81 158.22 0.23307E-07 0.0000 23 -514.81 158.22 0.23307E-07 0.0000 24 -514.81 158.22 0.23307E-07 0.0000 25 -514.81 158.22 0.23307E-07 0.0000 26 344.39 39.651 0.21036E-07 0.0000 27 344.39 39.651 0.21036E-07 0.0000 28 344.39 39.651 0.21036E-07 0.0000 29 344.39 39.6

17、51 0.21036E-07 0.0000 30 344.39 39.651 0.21036E-07 0.0000 31 342.99 -41.539 0.26331E-07 0.0000 32 342.99 -41.539 0.26331E-07 0.0000 33 342.99 -41.539 0.26331E-07 0.0000 34 342.99 -41.539 0.26331E-07 0.0000 35 342.99 -41.539 0.26331E-07 0.0000 36 17.450 -102.07 0.83903E-08 0.0000 37 17.450 -102.07 0.

18、83903E-08 0.0000 38 17.450 -102.07 0.83903E-08 0.0000 39 17.450 -102.07 0.83903E-08 0.0000 40 17.450 -102.07 0.83904E-08 0.0000 81 -19579. -65.968 6.8810 0.0000 14.7米处变形图：XY轴内力图：最大起重量处剪力：最大起重量处弯矩：最大起重量处轴力：支反力数据：PRINT ELEMENT TABLE ITEMS PER ELEMENT * POST1 ELEMENT TABLE LISTING * STAT CURRENT CURREN

19、T CURRENT CURRENT CURRENT ELEM 2 15 MX MY MZ 1 406.19 406.19 -179.37 -0.48928E-09 0.0000 2 226.82 226.82 -179.37 -0.48928E-09 0.0000 3 47.456 47.456 -179.37 -0.48928E-09 0.0000 4 -131.91 -131.91 -179.37 -0.48928E-09 0.0000 5 -311.28 -311.28 -179.37 -0.48928E-09 0.0000 6 651.97 651.97 -214.62 -0.5087

20、8E-08 0.0000 7 437.35 437.35 -214.62 -0.50878E-08 0.0000 8 222.73 222.73 -214.62 -0.50878E-08 0.0000 9 8.1182 8.1182 -214.62 -0.50878E-08 0.0000 10 -206.50 -206.50 -214.62 -0.50878E-08 0.0000 11 1683.9 1683.9 -786.30 -0.15225E-07 0.0000 12 897.61 897.61 -786.30 -0.15225E-07 0.0000 13 111.30 111.30 -

21、786.30 -0.15225E-07 0.0000 14 -675.00 -675.00 -786.30 -0.15225E-07 0.0000 15 -1461.3 -1461.3 -786.30 -0.15225E-07 0.0000 16 3849.2 3849.2 -1701.3 0.16936E-07 0.0000 17 2147.9 2147.9 -1701.3 0.16936E-07 0.0000 18 446.53 446.53 -1701.3 0.16936E-07 0.0000 19 -1254.8 -1254.8 -1701.3 0.16936E-07 0.0000 2

22、0 -2956.1 -2956.1 -1701.3 0.16936E-07 0.0000 21 2665.2 2665.2 -1469.9 0.19161E-07 0.0000 22 1195.3 1195.3 -1469.9 0.19161E-07 0.0000 23 -274.61 -274.61 -1469.9 0.19161E-07 0.0000 24 -1744.5 -1744.5 -1469.9 0.19161E-07 0.0000 25 -3214.5 -3214.5 -1469.9 0.19161E-07 0.0000 26 1009.9 1009.9 -1320.9 0.14613E-07 0.0000 27 -310.99 -310.99 -1320.9 0.14613E-07 0.0000 28 -1631.9 -1631.9 -1320.9 0.14613E-07 0.0000 29 -2952.9 -2952.9 -1320.9 0.14613E-07 0.0000 30 -4273.