【文章內容簡介】 得到問題的解。 有限元分析的基本步驟如下：（1）建立求解域并將其離散化為有限單元，即將連續(xù)體問題分解成節(jié)點和單元等個體問題；（2）假設代表單元物理行為的形函數，即假設代表單元解得近似連續(xù)函數；（3）建立單元方程；（4）構造單元整體剛度矩陣；（5）施加邊界條件、初始條件和載荷；（6）求解線性或非線性的微分方程組，得到節(jié)點求解結果，例如得到不同節(jié)點的位移量、應力應變量或熱力學問題中的溫度量等；（7）得到其他重要信息。有限元分析過程也可以表述為如下框圖如圖圖 21 有限元分析基本過程 ANSYS ANSYS簡介在眾多可用的通用和專業(yè)有限元軟件中，ANSYS是最為通用有效的商業(yè)有限元軟件之一，它是融結構、流體、電場、磁場和聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。ANSYS軟件從70年代至今，經過30多年的發(fā)展，已經成為能夠緊跟計算機硬、軟件發(fā)展的最新水平，功能豐富，用戶界面友好，前后處理和圖形功能完備的，使用高效的有限元軟件系統。它擁有豐富和完善的單元庫，材料模庫和求解器，保證了它能夠高效的求解各類結構的靜力、動力、振動、線性和非線性問題，穩(wěn)定和瞬態(tài)熱分析及熱－結構耦合問題，靜態(tài)和時變電磁場問題，壓縮和不可壓縮的流體力學問題，以及多場耦和問題；它的友好的圖形用戶界面和程序結構使用易學易會；它的完全交互式的前后處理和圖形軟件，大大減輕了用戶創(chuàng)建工程模型，生成有限元模型以及分析和評價計算機結果的工作量；它的統一和集中式的數據庫，保證了系統各個模塊之間的可靠和靈活的集成，它的DDA模塊實現了它與多個CAD軟件產品的有效連接；ANSYS系統的各種產品和適應于各種計算機平臺的版本，為用戶提供了各種可能的選 擇。ANSYS公司的不懈努力，已經使ANSYS 成為計算機輔助工具和工程數據模擬的最有效的軟件，成為當代CAD/CEA/CAM主流產品之一[912]。ANSYS 有限元分析過程包括三個主要步驟[13]：前處理、加載并求解、后處理。前處理是指創(chuàng)建實體模型以及有限元模型,它包括創(chuàng)建實體模型，定義單元屬性，劃分有限元網格，修正模型等幾項內容；加載包括邊施加邊界條件和作用力；后處理就 是用來觀察模型求解結果。 ANSYS提供的分析類型ANSYS軟件提供的分析類型如下：結構靜力分析用來求解外載荷引起的位移、應力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結構的影響并不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進行線性分析，而且也可以進行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應變及接觸分析。結構動力學分析結構動力學分析用來求解隨時間變化的載荷對結構或部件的影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。ANSYS可進行的結構動力學分析類型包括：瞬態(tài)動力學分析、模態(tài)分析、諧波響應分析及隨機振動響應分析。結構非線性分析結構非線性導致結構或部件的響應隨外載荷不成比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。動力學分析結構動力學分析研究結構在動載荷作用的響應（如位移、應力、加速度等得時間歷程），以確定結構的承載能力的動力特性等。ANSYS程序可以分析大型三維柔體運動。當運動的積累影響起主要作用時，可使用這些功能分析復雜結構在空間中的運動特性，并確定結構中由此產生的應力、應變和變形。熱分析程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導、對流和輻射。熱傳遞的三種類型均可進行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結構應力之間的熱－結構耦合分析能力。電磁場分析主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運動效應、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調節(jié)器、發(fā)電機、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設計和分析領域。流體動力學分析ANSYS流體單元能進行流體動力學分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率。并且可以利用后處理功能產生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應單元和熱－流管單元模擬結構的流體繞流并包括對流換熱效應。聲場分析ANSYS把聲學歸為流體，程序的聲學功能用來研究在含有流體的介質中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結構的動態(tài)特性。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應，研究音樂大廳的聲場強度分布[10]，或預測水對振動船體的阻尼效應。壓電分析壓電效應分析是一種結構－電場耦合分析，給壓電材料加電壓會產生位移，反之使壓電材料振動則產生電壓，一個典型的壓電分析的應用是壓力換能器。ANSYS壓電分析用于分析二維或三維結構對AC（交流）、DC（直流）或任意隨時間變化的電流或機械載荷的響應。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風等部件及其它電子設備的結構動態(tài)性能分析?？蛇M行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應分析、瞬態(tài)響應分析。第三章 平頭塔機5010起重臂載荷的分析與計算起重臂是平頭塔機的主要特征組件。沒有塔頭和拉桿是平頭塔機最顯著的結構特征,這也是平頭塔機得名的由來。由于這一特殊的結構形式才使平頭塔機與帶塔頭的塔機有了質的區(qū)別,這也決定了起重臂成為了平頭塔機的特征組件。與帶塔頭、拉桿的水平臂小車變幅式塔機相比,平頭塔機起重臂的受力狀況、連接方式明顯不同。對于起重臂的設計,傳統的設計方法主要是根據經驗選擇各個臂節(jié)的結構尺寸和部件材料,然后對其力學性能進行校驗。這種方法通常需要多次反復更改設計方案,重復校驗,費時費力,對設計人員的經驗要求較高,并且最終方案也未必是最優(yōu)的。而此次設計，先根據經驗計算并選擇部件的尺寸與材料。之后應用ANSYS軟件進行強度分析。根據分析結果，重新選擇出合適的尺寸與材料。平頭塔機起重臂較長、自重較大，因此起重臂設計是否合理直接影響著起重機的承載能力、整機穩(wěn)定性和整機自重。因此應在保證臂架的強度、剛度和整體穩(wěn)定性的條件下盡量減輕起重臂的重量。選擇合適的材料成為起重臂設計的主要任務。 技術性能參數及主要材料（1）起升高度: 20m（注：現使用高度）（2）工作幅度: 50m （3）起升快速度: （4）起升中速度: （5）最低穩(wěn)定下降速度: 7m/min a=2時 7m/min a=4時（6）回轉機構功率: （7）變幅機構功率:（8）起重臂：L=50m （9）端點提重：Q=1t（10）預選材料：Q235（11）Q235許用應力范圍：[σ]=130~180Mpa（12）空載回轉速度: r/min（13）回轉機構制動時間： t=4s （→0r/min）（14）根據《塔式起重機設計規(guī)范GB/T1375292》預估計起重：G臂=4468kg，小車重：G車=153kg，鋼絲繩：G鋼=26kg， 吊鉤重：G鉤=128kg材料選擇根據結構設計的初步計算結果選用。（15） 上軒桿：采用圓管鋼[D=140mm ,d=100mm,t=20mm] （16）下軒桿：采用角鋼[W1=100mm,t1=8mm]（17）負桿：采用角鋼[L=45mm,t2=4mm] 載荷計算的基本原則 為保證起重機安全、正常地工作，其金屬結構和機構的零部件應滿足強度、穩(wěn)定性和剛度的要求。強度和穩(wěn)定性要求是指結構構件在載荷作用下產生的內力不應超過許用的承載能力（指強度、疲勞強度和穩(wěn)定性方面的許用承載能力）；剛度要求是指結構在載荷作用下產生的變形量不應超過許用的變形值，以及結構的自振周期不應超過許用的振動周期[6]。 本塔機依據GB/T 1375292 《塔式起重機設計規(guī)范》設計。由此可查知：a. 自重載荷：是指吊車金屬結構、機構、動力或電氣設備，以及裝在吊車上的料倉、連續(xù)輸送機及相應的物料等質量的重力。在吊車設計計算的重力。在吊車設計計算的初始階段，自重載荷尚屬未知，必須預先估出。而自重載荷系數是可以通過查表得出的。 Fg—考慮起升沖擊系數=+(1)=；b. 起升載荷：是指起升質量的重力。在起重機設備中，起升質量包括允許起升的最大物品、取物裝置（下滑輪組、吊鉤、吊梁、抓斗、容器、起重電磁閥）、以及懸掛撓性件和其他隨同升降的設備質量。起升高度小于50m時，起升鋼絲繩的質量可以不計。而起升載荷系數同樣可通過查表得出。 FQ—考慮起升載荷的動載系數 =+（） =+（） = 起重臂工況的分析與計算 起重機在運行時會出現各種運行情況，每一種運行情況我們稱之為一種工況。通過研究起重機在此工況下的各種受力情況，對其進行分析計算，我們就能確定出在此工況下最合適的材料組合，從而確定起重臂的材料。因此，在這我們選擇了2個比較有代表性的工況進行分析計算，從而確定出起重臂合適的鋼材組合。圖34 平頭塔式起重機 吊點滿載工況（工況一） 吊點滿載工況即（工況一），是起重機靜止時在起重臂