【正文】 擴展的 ANSYS 動力學(xué)使得 以下分析更為理想： ? 交互式的零件和裝配體連接的定義和驗證 ? 純剛體假設(shè)下的裝配體動力學(xué)響應(yīng) ? 純剛體假設(shè)的潛在缺陷的識別 ? 在 CAD 系統(tǒng)或者 ANSYS DESIGNMODE。在一次設(shè)置中，用戶現(xiàn)在能夠選擇一系列的力學(xué)行為：線性、高級非線性；完全剛體和完全柔體以及他們的組合。線性和非線性結(jié)構(gòu)動力學(xué)和應(yīng)力分析，現(xiàn)在已經(jīng)無縫的集成到了 ANSYS WORKBENCH 仿真環(huán)境中。多重網(wǎng)格控制方法，以及高級選項，提供了備份網(wǎng)格劃分方法以改善網(wǎng)格劃分的整體魯棒性。如果必要，高級用戶控制選項可用來使用。來自于 ANSYS、 ANSYS ICEM CFD 和 ANSYS CFX 的一流網(wǎng)格幾乎已經(jīng)延伸到 ANSYS WORKBENCH 中，綜合多種算法的優(yōu)勢，提供一個智能的、靈活且魯棒的網(wǎng)格劃分能力。在 中流固耦合的領(lǐng)域也得到了擴展。 利用 ANSYS CFX 軟件的統(tǒng)一網(wǎng)格接口可以在 ANSYS 和 ANSYS CFX 之間傳遞FSI 載荷，所有流固耦合問題的結(jié)果的魯棒性和精度獲得了改進。在 的 ANSYS WORKBENCH 環(huán)境中，用戶可以完整地建立、求解和后處理雙向流固耦合仿真。 ANSYS MESH MORPHER 為仿真驅(qū)動的產(chǎn)品開發(fā)打破了優(yōu)化障礙。一旦確定，這些轉(zhuǎn)換參數(shù)可以通過 ANSYS DESIGNXPLORER VT 擬合方法來擬合，如 KRIGING 算法、非參數(shù)化退火算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。例如，一個圓柱表面的面偏置就等效于變更其半徑。在 ANSYS ， ANSYS MESH MORPHER 提供了四種不同的轉(zhuǎn)換：面平移、面偏置、邊平移和邊偏置。 通過網(wǎng)格操作而不是實體模型， ANSYS MESH MORPHER 對于來自于 CAD 的非參數(shù)幾何數(shù)據(jù)，如 IGES 或者 STEP，以及來自于 ANSYS CDB 文件的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了模型參數(shù)化。 ANSYS 不僅為當(dāng)前的商業(yè)應(yīng)用提供了新技術(shù)，而且在以下方面取得了顯著進步： ? 繼續(xù)開發(fā)和提供世界一流的求解器技術(shù) ? 提供了針對復(fù)雜仿真的多物理場耦合解決方法 ? 整合了 ANSYS 的網(wǎng)格技術(shù)并產(chǎn)生統(tǒng)一的網(wǎng)格環(huán)境 ? 通過對先進的軟硬件平臺的支持來實現(xiàn)對大規(guī)模問題的高效求解 ? 繼續(xù)改進最好的 CAE 集成環(huán)境－ ANSYS WORKBENCH ? 繼續(xù)融合先進的計算流體動力學(xué)技術(shù) 網(wǎng)格變形和優(yōu)化 對于很多單位，進行優(yōu)化分析的最大障礙是 CAD 模型不能重新生成，特征參數(shù)不能反映那些修改研究的幾何改變。所以要對動臂缸的活塞桿進行有限元分析，看所設(shè)計的活塞桿在工作中會不會產(chǎn) 生變形，如果會，對其尺寸進行改進。經(jīng)過短短數(shù)十年的努力，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速從結(jié)構(gòu)工程強度分析計算擴展到幾乎所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，成為一種豐富多彩、應(yīng)用廣泛并且實用高效的數(shù)值分析方法。有限元的概念早在幾個世紀前就已產(chǎn)生并得到了應(yīng)用，例如用多邊形（有限個直線單元）逼近圓來求得圓的周長，但作為一種方法而被提出，則是最近的事。由于大多數(shù)實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的 (較簡單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個 域總的滿足條件 (如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問題的解。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)。其具體結(jié)構(gòu)如下圖所示： 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 41 前端蓋的結(jié)構(gòu)尺寸 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 42 圖 前端蓋的三維結(jié)構(gòu)圖 后端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計 因為鏟斗液壓缸與鏟斗和斗桿的聯(lián)接，均為鉸接，所以液壓缸的后端蓋與斗桿采用單耳環(huán)的形式，其耳環(huán)的具體結(jié)構(gòu)和尺寸查表設(shè)計可得，缸筒與后端蓋的聯(lián)接采用法蘭連接，其中螺紋孔為 M8，螺紋孔深 11 mm， 裝配后端蓋在缸筒內(nèi)的厚度為 10mm，缸筒外的厚度為 16 mm，耳環(huán)的厚度為 30 mm，耳環(huán)孔的直徑為 20mm，其具體結(jié)構(gòu)如下所示： 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 43 后端蓋的結(jié)構(gòu)尺寸 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 44 圖 后端蓋三維結(jié)構(gòu)圖 液壓缸部件組合裝配 因為鏟斗液壓缸的運動為直線往復(fù)運動，所以液壓缸與鏟斗和斗桿的聯(lián)接均采用鉸接方式，前后端蓋與缸筒采用螺紋連接，可以承受較大的力作用。密封槽深為 mm，寬 5 mm，使用圓環(huán)內(nèi)徑 mm，直徑 mm 的 O 形橡膠密封圈?；钊唧w結(jié)構(gòu)如下圖示： 活塞的結(jié)構(gòu)尺寸 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 40 活塞的三維結(jié)構(gòu)圖 前端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計 選用前端蓋與缸筒的連接方式為法蘭式連接，在端蓋與缸筒內(nèi)圓柱面接觸的面上的密封槽深為 mm，寬為 mm，使用圓環(huán)內(nèi)徑 mm，直徑 mm 的 O形橡膠密封圈進行密封。外密封槽深為 mm，寬 mm，使用圓環(huán)內(nèi)徑 mm，直徑 mm 的 O 形橡膠密封圈與兩個內(nèi)徑為 mm，外徑為 50 mm的擋圈進行密封。螺紋后緊跟有退刀槽，后端安裝活塞的軸端直徑為 26 mm，其配套的活塞上開有密封槽?；钊麠U兩端分別加工 M22 ，他們的作用分別是，前端連接單耳環(huán)，后端擰緊螺母，用來固定活塞。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 圖 缸筒的結(jié)構(gòu)尺寸 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 37 圖 活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 活塞桿直徑為 36 mm，長度為 650 mm。 易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預(yù)先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 36 裝配管理： Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“ 對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設(shè)計意圖。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(chǎn)品進行開發(fā)。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進行多次設(shè)計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。例如：設(shè)計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。 基于特征的參數(shù)化造型： Pro/ENGINEER 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這就 意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。 Pro/ENINEER 還提供了目前所能達到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。經(jīng)過了 10余年的發(fā)展， Pro/ENINEER 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 35 3 液壓缸三維模型建立 Pro/e 繪圖軟件及其介紹 Pro/e 軟件簡介 1985 年， PTC 公司成立 于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。其中單耳環(huán)用柱銷尺寸系列： 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 34 型號 缸筒內(nèi)徑（㎜） 額定作用（ N） 柱銷長最小值（㎜） 柱銷直徑 (㎜ ) 10 25 8000 29 10 12 32 12500 37 12 16 40 20210 45 14 20 50 32021 66 20 25 63 50000 66 20 30 80 80000 87 28 40 100 125000 107 36 50 125 202100 129 45 60 160 500000 149 56 圖 單耳環(huán)用柱銷尺寸系列 液壓缸前端蓋和缸筒采用螺栓聯(lián)接，缸筒和后端蓋采用螺釘聯(lián)接，后端蓋開有螺紋孔，前端蓋裝有一個防塵槽和兩個密封槽，活塞和活塞桿的聯(lián)接也采用螺紋固定，活塞外壁和缸筒內(nèi)壁帶有密封槽。 缸筒、活塞桿穩(wěn)定性校核 （ 1） 活塞桿的壓穩(wěn)定性校核： ① 活塞桿斷面最小慣性矩： = 106 （ m4） ② 活塞桿橫斷面的回轉(zhuǎn)半徑： 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 = m = ㎜ ③ 活塞桿柔性系數(shù)： = ≈ 137 式中 υ 為長度折算系數(shù)，對于兩端鉸接約束方式υ一般取 1， L為有效計算長度 ④ 鋼材柔度極限值： =≈ 式中 б P45 號鋼材的比例極限； E為材料的彈性模量， E = 105MPa； ⑤ 根據(jù)上面的計算可知，λ≥λ 1 時，用歐拉公式計算臨界力 FK 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 = 105 (N) 式中 υ 為長度折算系數(shù)，對于兩端鉸接約束方式υ一般取 1， L為有效計算長度 ⑥ 油缸最大閉鎖力： = 104 （ N） 式中 Pg油缸最大閉鎖壓力 D為缸筒內(nèi)徑 ⑦ 求該活塞桿穩(wěn)定性系數(shù)： = ≥ 1 所以，該活塞桿的穩(wěn)定性滿足要求。 （ 3） 缸筒強度驗算： 因為壁厚 φ = ㎜，缸筒內(nèi)徑 D = 63 ㎜，所以壁厚與缸筒內(nèi)徑之比： ≤ D/φ = ≤ 16 ,屬于中等壁厚缸筒，可按材料學(xué)第二強度理論驗算。 = ㎜ ， 上式中 P為系統(tǒng)最高壓力 P = 30MPa， 所以 φ 1 ≤ φ，該缸筒強度滿足要求。 斗桿缸的尺寸設(shè)計及校核 斗桿缸各部件尺寸確定 (1) 根據(jù)斗桿缸的最大外負載，可以設(shè)計計算鏟斗缸的結(jié)構(gòu)尺寸： 當(dāng)推力驅(qū)動工作負載時： F=Wmax=π/4[D2（ P－ P0）＋ d2P0]η 由此可求出缸筒內(nèi)徑為： 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 其中 Wmax=31500 N， P 為系統(tǒng)最高壓力 P=30MPa 因為上式中系統(tǒng)背壓，所以取 P0為 1MPa， 取速比ψ =2， η為機械效率，取 η=， 將各值代入上式中，得 D= ㎜， 根據(jù)查表 GB/T2348— 1993，得到 D=40 ㎜ (2) 活塞桿的直徑為： 所以直徑 d= ㎜ , 查表 GB/T23481993 規(guī)定的活塞桿尺寸圓整為 d=28 ㎜ (3) 最大工作行程為： 當(dāng) ψ =2 時，行程 S=10D=400 ㎜， 根據(jù)國家標準 GB/T1980 規(guī)定的液壓缸行程系列圓整到 S=400 ㎜ (4) 活塞有效計算長度 液壓缸的安裝尺寸，可查設(shè)計手冊得： 安裝尺寸 =L1＋ S =255+400 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 =655 ㎜ 當(dāng)液壓缸的活塞桿全部滲出來時，有效計算長度為： L=L1+2S =255+400+400