基于CAE理论的起重机箱形梁有限元分析水冷却器

基于CAE理论的起重机箱形梁有限元分析

基于CAE理论的起重机箱形梁有限元分析 2011： 摘要：对于起重机箱形梁的计算一般比较复杂，用人工计算不仅耗时比较长，而且很容易出现错误。本文运用ANSYS 8.0软件，时起重机箱形梁在外载持作用下的变形及挠度进行了有效的模拟和计算。关键词：有限元分析；ANSYS8.0；起重机箱形梁；变形0 引言有限元分析是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。利用简单而又相互作用的元素，即单元，通过对分析对象划分网格，求解有限个数值来近似模拟真实环境的无限个未知量。最新版本ANSYS 8.0软件，能够进行包括结构、热、声、流体以及电磁场等学科的研究，具有强大的功能和适用性。其友好的用户界面，并能与多数CAD软件结合使用，实现数据的共享和交换的特点是其独有的魅力，在众多领域得到了广泛地应用和发展w运用ANSYS8.0软件对起重机箱形梁的分析，避免了传统人工计算费时、费力的问题，只要通过合理地建模和网格划分，就能进行准备而快速地分析和计算。

1 分析过程运用ANSYS8.0软件对起重机箱形梁的分析过程主要包含三个步骤：①创建或读人有限元模型；②施加载荷并求解；③查看结果。以5t桥式起重机箱形梁为例具休阐述ANSYS8.0软件的分析过程，如图1所示。运用ANSYS 8.0软件可以模拟和计算小车运行到梁各点时变形，而当小车运行到梁中点时，梁挠度最大。所以我们分析力P作用在中点Point处的变形。已知条件如下)：压力(小车重量3t十载荷重量50：P=78.4x10'N；梁的长度：L=10.5m；梁的高度：H-0.31m；横截面积：A=l2216xlO1n1；截面惯性：I=9782900x10'I2M4；弹性模量：E=2.06xI0"e1.1 建立有限元模型(1)创建基本模型。作为箱形梁，一般使用带有两个关键节点的线模拟梁，梁的高度及横截面积将在单元的实常数中设置。选择主菜单Main Menu Prepmcessor> Modeling > Create > Keypoints > In Active CS-弹出Create Key points in Active coordinate即stem对话框，在NPT Key point Number中输入关键点编号1，选择Apply(默认x，y，z坐标为0，0，0)，再次弹出Create Key points in Active coordinate System对话框，在NPT Key point Number中输人编号3，在X，Y，Z Location in Active CS中输人10.5，0，0，选择OK；单击KP between KPs，弹出KP between KPs选取框，在图形窗口中点击刚刚建立的点1和3，在拾取菜单中选择OK，弹出的KBEI'weenoptions对话框，在对话框中选择OK，屏幕上出现点2；选择主菜单Main Menu；Preprocessor >Modeling >Create >Lines >Lines >Straight Lines，弹出Create Straight。对话框，在图形窗口中选择关键点1，2，选择Apply，再次选择关键点2，3，选择OK；从通用菜单中选择Plot>lines；完成创建基本模型。(2)设定分析模块。选择主菜单MainMenu：Preferences，弹出Preferences for GUI Filtering对话框，在Individual discipline(s) to show in the GUI右面的复选框中选择Structural，选择OK；使用“Preferences"对话框选择分析模块，以便于对菜单进行过滤，指明只进行“Structural”，分析。(3)设定单元类tw相应选项。选择主菜单MainMenu：Pmprocessor >ElementType >Add/Edit/Delete，弹出Element Types对话框，选择Add.，弹出Library of Element Types对话框，在左面列表框中选择Beam，右面列表中选择2Delastic(BEAM3)，选择OK，接受单元类型，并关闭对话框，返回到Element Types对话框；选择Close关闭单元类型对话框。 (4)定义实常数。选择主菜单MainMenu：Preprocessor >Real Constants >Add/Edit/Delete，打开Real Constants对话框，选择Add.定义BEAM3的实常数；在AREA后的文本框中输人面积12216e-6，在IZZ截面惯性矩中输入97829800e-12，在HEIGH7中输人高度0.31，选择OK返回RealConstants对话框，选择Close，关闭定义实常数对话框。(5)定义材料属性。选择主菜单MainMenu：Preprocessor >Material Props >MaterialModels，弹出Define Material Mode Behavior列表框，在Material Models Available右面的选项栏中依次双击Structural >Linear >Elastic >Isotn，弹出Linear Isotropic Properties for Material对话框，在EX后的文本框中输入弹性模量2.06ell，选择OK；在返回的Define Material Mode Behavior列表框中，选择菜单Material >Exit，完成材料属性定义。(6)对几何模型划分网格。选择主菜单Main Menu：Preprocessor >Meshing >Meshtool，弹出Mesh Tool选取框，在MeshTool选取框中选择Mesh，弹出Mesh Lines选取框，选择Pick All完成划分网格1.2施加载荷及求解(1)施加载荷及约束。①选择主菜单Main Menu；Solution >Define Loads >Apply >Displacement >OnNodes，弹出Apply U，ROT on Node，选取框；②在图形中拾取节点1和3，弹出ApplyU，ROTonNodes对话框，在LABDOFs to be constrained后列表框中选择UY，选择OK；③选择主菜单MainMenu：Solution >Define Loads> Structural >Force/Moment >OnNodes，弹出ApplyF/MonNodes选取框；④在图形中拾取节点2，选择OK，弹出ApplyF/MonNodes对话框，在Lah Direction of force/mom后的列表框中选择FY，在VALUEForce/momentvalue后的文本框框中输人-96000，选择OK完成施加载荷。(2)求解。①主菜单：MainMenu：Solution >Solve >Currents IS，同时弹出STATUS Command文本框和Solve Current Load Step提示框，选择STATUS Command文本框中菜单File>Colse，再选择Solve Current Load Step提示框中OK，系统开始分析；②等待数秒钟后，出现"Solution is done!”提示后，选择OK，关闭此窗口。1.3查看结果(1)显示梁变形。选择主菜单Main Menu；General Postpmc >Plot Results >Contour Plot >Nodal Solo，弹出Contour Nodal Solution Data对话框，在Item，Comp Item to be contoured后的列表框中分别选择DOFsolution和TranslationUY，在KUNDItemstobeplotted后选择Def+undefedge，选择OK，屏幕显示变形效果。梁变形前后的图形都将显示在屏幕上。由图可以看出，在力P作用下，梁各段变形及下挠大小可以通过图形下方带有不同颜色的长方形显示出来。从屏幕上可以看出，变形值在屏幕左上角标记为‘`DMX"，即梁变形的最大下挠度约为0.114.，与手工计算结果是一致的。(2)显示支座反力。选择主菜单MainMenu：General Postpmc >List Results >ReactionSole，弹出List Reaction Solution对话框，在LAb Item to be listed后选项框中选择Allitems，列表显示支座。可以看出，两支座反力F=48000N，与手工计算相同。2 结论由以上分析可见，用ANSYS软件来分析像起重机箱形梁这样的模型，只要通过合理地建模和前处理，就可以得出准确的结论，与手工计算相比，节省了大量时间和精力运用ANSYS软件对起重机箱形梁的模拟和计算，只是ANSYS软件强大功能的一个方面。事实上，ANSYS软件在起重机械、工程机械及其他各种机械方面都有很广泛的应用。通过本文的分析，对于从事起重机械，及其他机械方面的设计、制造人员有指导意义。参考文献：[1]邵蕴秋，ANSYS8.0有限n分析[M].中国铁道出版社，2004。[2]孙训方，方孝淑，关来泰材料力学[M].高等教育出版社，1994。[3]陈道南，起重运输机械[M].冶金工业出版社，1988。(end)

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