【正文】 機(jī)構(gòu)，所以選擇以梁?jiǎn)卧獮槟Ｐ?，所以網(wǎng)格的尺哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 寸控制就顯得較為重要。自由網(wǎng)格劃分得到的單元分布沒有規(guī)律，極大的限制了 ANSYS 的選擇功能，若采用不同批次處理的方式，應(yīng)該采用映射網(wǎng)格劃分。對(duì)于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)模型，映射網(wǎng)格的劃分方式的時(shí)間花費(fèi)長尚能承受，但是對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，就必須考慮時(shí)間花費(fèi)的代價(jià)，然后決定是否采用自由劃分方式。在對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分之前必須考慮選擇映射網(wǎng)格還是自由網(wǎng)格，這顯得尤為重要 ,典型的自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格劃分如圖所示 [5]： 圖 (a) 自由網(wǎng)格劃分（左） 圖 （ b） 映射網(wǎng)格劃分（右） 自由網(wǎng)格對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)的形狀并沒有限制，并且不必遵循專門的劃分準(zhǔn)則。第一步定義單元屬性是進(jìn)行網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ)，其使網(wǎng)格具有材料、求解采用的方程等屬性；設(shè)置網(wǎng)格劃分控制選項(xiàng)，能夠讓網(wǎng)格單元分布、尺寸更加均勻，縮減整個(gè)分析的 計(jì)算量，提升結(jié)果的精確度；而劃分網(wǎng)格的完成才是真正地創(chuàng)建了有限元模型。力學(xué)模型的網(wǎng)格雖然沒有固定的方式，但是網(wǎng)格的劃分的好與壞會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)在 ANSYS 中的分析結(jié)果，這是必須加以重視和商討的一點(diǎn)。 由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的應(yīng)用，可以減少建模時(shí)的工作量和整個(gè)模型的計(jì)算量，但是前提是正確合理的應(yīng)用結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，不然很可能會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生誤差影響。對(duì)稱約束是指在對(duì)稱的節(jié)點(diǎn)具有 相同的物理?xiàng)l件；對(duì)稱邊界條件包含在應(yīng)用中可以使用的對(duì)稱或反對(duì)稱的邊界條件，在結(jié)構(gòu)分析中，對(duì)一個(gè)平面內(nèi)的節(jié)點(diǎn)定義對(duì)稱或反對(duì)稱邊界約束條件，可以對(duì)這個(gè)平面內(nèi)的節(jié)點(diǎn)施加三個(gè)自由度方向的約束；對(duì)于對(duì)稱載荷施加對(duì)稱或反對(duì)稱邊界條件可以將載荷對(duì)稱地或反對(duì)稱地施加到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上 [5]。 對(duì)稱性應(yīng)用原則 對(duì)稱性是廣泛存在于在各種結(jié)構(gòu)中的，存在完全對(duì)稱的結(jié)構(gòu)只需要把整體結(jié)構(gòu)的一部分繞某個(gè)中心點(diǎn)、軸線或平面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、鏡像等操作，就能夠得到整體結(jié)構(gòu)，而不改變整體結(jié)構(gòu)的約束和物理?xiàng)l件，整體特征不變。那么梁究竟是怎么定義的也沒有太固定的標(biāo)準(zhǔn)，通常認(rèn)為其在某一個(gè)方向的尺寸與另二個(gè)方向的最大尺寸的比值 大于等于 5 時(shí)，就認(rèn)為這種桿件為梁。雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)的支架和撐桿就可以看 作 是梁，有軸力作用，也有彎矩和剪力的作用，可以用梁?jiǎn)卧M(jìn)行處理。但是現(xiàn)在也沒有這方面的準(zhǔn)則，遇到這種問題就應(yīng)該根據(jù)實(shí)際機(jī)構(gòu)和 目標(biāo)所求，進(jìn)行實(shí)際詳細(xì)地分析和研究。當(dāng)然，這些細(xì)節(jié)不是盲目的忽略，有些對(duì)整個(gè)問題的研究幾乎沒有什么影響是可以不考慮的。不可否認(rèn)，長期解決此類問題并積累豐厚經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員，在面對(duì)同一類型或者相似結(jié)構(gòu)的時(shí)候，能夠憑借大腦中積累的經(jīng)驗(yàn)，做出合理的判斷。 怎樣簡(jiǎn)化實(shí)物機(jī)構(gòu)，建立有限元模型，基本上沒有什么可以遵循的原則和規(guī)律，并且這方面也很少有人做，只是書上一些簡(jiǎn)約的建議性的指導(dǎo)，無法給我們?cè)趯?duì)實(shí)際機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模的有用的指導(dǎo)，特別是分析相當(dāng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu) [15]。根據(jù)于實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)化實(shí)物結(jié)構(gòu)后再進(jìn)行建立有限元的模型，得到的計(jì)算結(jié)果與實(shí)物測(cè)試結(jié)果誤差在實(shí)際工 程可接受的范圍之內(nèi)，所以這種簡(jiǎn)化是值得接受和認(rèn)同的。 有限元建模的原則 模型簡(jiǎn)化原則 車載雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)整個(gè)實(shí)物模型其實(shí)是相當(dāng)不簡(jiǎn)單的，如果在建立力學(xué)模型的時(shí)候，沒有簡(jiǎn)化，全部按照實(shí)物來，那么在進(jìn)行機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)的輸入，然后在分析時(shí)整個(gè)工作量是非常龐大的。面的主要操作主要是由關(guān)鍵點(diǎn)定義 面；通過邊界線定義面；倒角面；通過偏移和部分復(fù)制生成面等 [5]。線可用于表示幾何模型的邊，可以通過空間坐標(biāo)、關(guān)鍵點(diǎn)的創(chuàng)建，或生成面和體時(shí)自動(dòng)生成。關(guān)鍵點(diǎn)是空間中的點(diǎn)，關(guān)鍵點(diǎn)還分為普通關(guān)鍵點(diǎn)和硬點(diǎn)。另外， ANSYS 還提供了很多模型操作的功能，包括布爾運(yùn)算、拉伸、旋轉(zhuǎn)、復(fù)制等。 自下向上建模即首先定義模型的最低級(jí)的圖元即關(guān)鍵點(diǎn)，再依次在關(guān)鍵點(diǎn)上創(chuàng)建線或體，在線上創(chuàng)建體的順序創(chuàng)建幾何模型的建模過程；自上而下建模就是首先創(chuàng)建高級(jí)圖元層次，有高級(jí)圖元在 ANSYS 程序的輔助下自動(dòng)生成低級(jí)圖元的幾何模型建模過程。各層圖元按層次關(guān)系從低到高依次為 [5]：關(guān)鍵點(diǎn)（包括點(diǎn)載荷）；線（包括線載荷）；面（包括面載荷）；體（包括體載荷）；節(jié)點(diǎn)（包括節(jié)點(diǎn)載荷）；網(wǎng)格單元（包括單元載荷）。使用 ANSYS 操作進(jìn)行幾何建模，主要的內(nèi)容包含圖元的基本操作、圖元通用操作和圖元布爾操作。這也是本篇論文能否繼續(xù)與成功的關(guān)鍵所在。怎樣做到有效，快速，合理地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模一直被業(yè)界廣為關(guān)注，也是技術(shù)人員深刻關(guān)切的問題。這就要求使用者必須具備一定的數(shù)學(xué)計(jì)算基礎(chǔ)，工程問題的實(shí)際經(jīng)驗(yàn) ，和熟悉軟件的基本操作，并且要有敏銳的洞察力，合理的判斷能力，對(duì)結(jié)構(gòu)做出更合理的建模，滿足其物理特性，同時(shí)又滿足一定的計(jì)算要求。對(duì)有限元建模理解不同的人使用同一款有限元軟件來分析同一個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)，那么分析所得到的結(jié)果可能也不一樣，這就是建模時(shí)的區(qū)別所致。哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 第 3 章 結(jié)構(gòu)有限元建模的基本操作 前言 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)有限元建模是實(shí)現(xiàn)對(duì)所要分析實(shí)際結(jié)構(gòu)的必要前提。 本章小結(jié) 本章首先對(duì)風(fēng)的基本特性進(jìn)行描述，主要研究的是平均風(fēng)，作為一種靜力載荷計(jì)算[14]。 受風(fēng)面積 受風(fēng)面積一般取認(rèn)為是垂直于風(fēng)方向的投影面積，此升降結(jié)構(gòu)可以取為投影面積最大的面積，即整個(gè)機(jī)構(gòu)的平行面積作為受風(fēng)面積 S。 風(fēng)載荷系數(shù) 風(fēng)載荷系數(shù)有：瞬時(shí)風(fēng)壓的陣風(fēng)系數(shù) Zβ ；局部風(fēng)壓體型系數(shù) S? ；風(fēng)壓高度變化系數(shù) Z? 。應(yīng)該指出的是，空氣的密度和重力加速度隨海拔和緯度的變化而 發(fā)生改 變。在 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 (氣壓為 1013 MPa, 溫度為 15℃ ), 空氣重度 r= [kN/m3]。g, 因此有 ρ=r/g。 根據(jù)伯努利方程得出的風(fēng)－壓關(guān)系，風(fēng)的動(dòng)壓為： 20 v??? ? ? （ 23） 其中 0? 為風(fēng)壓 [N/㎡ ]， ρ 為空氣密度 [kg/m3]， v 為風(fēng)速 [m/s]。 風(fēng)壓 由于升降機(jī)構(gòu)的阻擋，使整個(gè)機(jī)構(gòu)附近空氣流通受阻，動(dòng)壓開始下降，靜壓開始升高，整個(gè)機(jī)構(gòu)的側(cè)面和背面產(chǎn)生局部渦流，靜壓下降和遠(yuǎn)處受阻礙的空氣氣流相比，這種靜壓的升高和降低統(tǒng)稱為風(fēng)壓 [13]。作用在升降機(jī)構(gòu)的風(fēng)載荷與風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值 ，基本風(fēng)壓，受風(fēng)面積（即升降機(jī)構(gòu)的尺寸大小和形狀有關(guān)）。 如圖 所示： 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 迎風(fēng)方向風(fēng)速 ——平均風(fēng)速 圖 一般情況下，升降機(jī)構(gòu)在受到風(fēng)力的作用，橫向風(fēng)力的作用效果大概只有迎風(fēng)所受力的作用的四分之一，因此，橫向風(fēng)力影響作用較小，可以不加考慮。 其他方式，例如有熱線風(fēng)速儀等。皮托管的發(fā)明者是法國工程師 Hri Pitot。風(fēng)速由 10m/s 突然變到 20m/s 時(shí)，風(fēng)速計(jì)記錄到的響應(yīng)時(shí)間 大約是 ,此外還有微型多葉片風(fēng)力機(jī)的的壓力風(fēng)速表 [12]。 指示器測(cè)出隨風(fēng)速 變化的電壓，顯示出對(duì)應(yīng)的風(fēng)速值。 最常用的旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速表是風(fēng)懷式風(fēng)速表。 事實(shí)上，在一些相對(duì)重要的場(chǎng)合和環(huán)境中，風(fēng)向和風(fēng)速可在精密儀器同時(shí)使用時(shí)，連續(xù)測(cè)量并記錄。如果空氣由東 面吹來那就稱為東方風(fēng)。因此，雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)主要受到壓差阻力的作用。 第 2 章 隨機(jī)風(fēng)載荷 9 由于空氣作為流體具有一定的粘性，在物體表面附近邊界層各流層之間的粘滯力叫做摩擦力。 然而，對(duì)于剛度很大的雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)，脈動(dòng)風(fēng)的動(dòng)力作用影響很小，因此只需考慮平均風(fēng)靜力加載作用，對(duì)于剛度較小的其他結(jié)構(gòu)，例如：天線等，風(fēng)的動(dòng)力作用是必須計(jì)算的。風(fēng)是一種流體，但密度是比較小的，是一種動(dòng)載荷。 而在對(duì)雷達(dá)升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定范圍的定性分析時(shí)，就要找到一種風(fēng)載荷模擬的方式來進(jìn)行結(jié)構(gòu)加載，而要使風(fēng)載荷模擬的形式在實(shí)際真實(shí)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中計(jì)算使用，這就必須要求模擬的風(fēng)載荷盡可能的滿足和適合自然風(fēng)的一些特性，并且在適用范圍上要滿足有效性和普適性。特別是在計(jì)算強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性時(shí)，隨機(jī)風(fēng)載荷是必須作為一種外載荷來考慮的。哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 第 2 章 隨機(jī)風(fēng)載荷 引言 自然風(fēng)是一種隨機(jī)載荷，無論是在露天條件下工作的任何機(jī)器設(shè)備，都會(huì)受到一定的風(fēng)載荷的作用 [9]。 主要是進(jìn)行靜態(tài)分析 ， 然后 對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估， 做 出相應(yīng)的評(píng)價(jià) 并給出實(shí)際 建議。并以雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)建模為例，應(yīng)用相關(guān)的技術(shù)，使整個(gè)建模的約束和網(wǎng)格問題都得到解決，為后面的分析打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為后面的風(fēng)載荷加載做好充足的準(zhǔn)備。了解相關(guān)的風(fēng)載荷計(jì)算公式，以及風(fēng)載荷系數(shù)的定義和取值，特別是風(fēng)壓計(jì)算公式。并討論此升降機(jī)構(gòu)的舉升能力 、水平方向的位移、垂直方向 的沉降量和 總體設(shè)計(jì)的合理性， 并且 根據(jù)結(jié)果開進(jìn)行優(yōu)化設(shè)第 1 章 緒論 7 計(jì)。 剪叉式升降機(jī)構(gòu)如圖 所示 ： 圖 剪叉式升降機(jī)構(gòu) 此外經(jīng)常在樓層中和一些商場(chǎng)里面，其他升降機(jī)構(gòu)也是很普遍的，例如：導(dǎo)軌式升降機(jī)和傾斜電梯。 其有很多的優(yōu)點(diǎn)，主要是結(jié)構(gòu)相對(duì)來說是比較簡(jiǎn)單的，而且升降速度是非常迅速的，一般就能達(dá)到 5~10 米 /分鐘。而且，如果要達(dá)到舉升 25 米的升降高度 ，所需要的升降機(jī)構(gòu)的節(jié)數(shù)比較多，因此這些節(jié)該進(jìn)行怎樣的合理布局也會(huì)顯得相當(dāng)困難。套缸式升降機(jī)如圖 所示： 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 套缸式升降機(jī) 桁架套疊式也是一種經(jīng)常使用的升降機(jī)構(gòu)，在機(jī)動(dòng)的運(yùn)輸中也會(huì)經(jīng)常的使用。如果作用載荷相對(duì)比較大或者舉 升的高度比較高時(shí)，這時(shí)套缸的直徑太小的話，整個(gè)機(jī)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)非常大的左右擺動(dòng)，安全性達(dá)不到要求。 升降機(jī)構(gòu)的分類 目前升降機(jī)構(gòu)通常所采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式主要有套缸式、剪叉式、桁架套疊式和導(dǎo)軌式三種方式 [6]。 美國是工程升降機(jī)的主要生產(chǎn)國，又是世界上最大的市場(chǎng)之一，然而日本和德國在技術(shù)和實(shí)力上的崛起，使得美國在全球市場(chǎng)的整體占有率受到?jīng)_擊 [7]。 機(jī)動(dòng)升降機(jī)和全固定升降機(jī)產(chǎn)品的快速發(fā)展，原有的產(chǎn)品和市場(chǎng)的格局已經(jīng)被打破，在經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展下和市場(chǎng)機(jī)制的作用下，造成了世界升降機(jī)構(gòu)這一行業(yè)更加趨于一體化。一些工業(yè)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)例如華東和華南地區(qū)，已經(jīng)成為了中國升降機(jī)行業(yè)的制造中心。 升降機(jī)行業(yè)在中國的發(fā)展取得了前所未有的成就，產(chǎn)品數(shù)量也突飛猛進(jìn) 。 升降機(jī)所擁有的巨大潛力市場(chǎng)幾乎引起了所有全世界升降機(jī)企業(yè)的空前關(guān)注。 當(dāng)今，隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)工藝的突飛猛進(jìn)，我國所年產(chǎn)升降機(jī)數(shù)量屢第 1 章 緒論 3 創(chuàng)新高，并且產(chǎn)品質(zhì)量也獲得了國際市場(chǎng)的認(rèn)可。 當(dāng)今社會(huì)，升降機(jī)仍然是一種非常重要的升降設(shè)備，現(xiàn)在最大的問題 就是升降機(jī)的安全問題，很多新聞報(bào)導(dǎo)過此類事故的發(fā)生，因此要對(duì)此類問題進(jìn)行警惕和非常大 地關(guān)注。 第二部分：大致是屬于電梯范圍內(nèi)的，主要是雜物電梯 、自動(dòng)人行道和特殊類型的電梯，主要包括特殊類型電梯中的傾斜電梯和通用的樓梯電梯，當(dāng)然也包括家庭電梯 —準(zhǔn)確地說它屬于住宅電梯范疇，而且住宅電梯也是乘客電梯中的一種。這些都屬于升降機(jī)一般所包含的范疇。升降機(jī)逐步發(fā)展為電梯，當(dāng)然也逐漸發(fā)展成了起重機(jī)等。 當(dāng)然，在距離我們很遠(yuǎn)的時(shí)代，即原始的和簡(jiǎn)單的升降工具，應(yīng)該叫做絞車。 當(dāng)然 ANSYS 軟件還提供一個(gè)可以改進(jìn)的清單，可以幫助進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等 [5]。多物理耦合的功能是 ANSYS 的一個(gè)十分重要的功能，這一特性能讓它在相同的模型上進(jìn)行不同種類的耦合計(jì)算，這大大方便了工程技術(shù)人員的實(shí)際使用和操作。只有先透徹地理解有限元法的理論精髓和它的優(yōu)缺點(diǎn)，工程技術(shù)人哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 員才能更好地使用 ANSYS 等軟件解決一些實(shí)際的工程問題。 現(xiàn)在所用的 ANSYS 帶有了直接可以操作的 GUI（可以顯示圖形）工作界面，整個(gè)命令菜單，工具欄和對(duì)話框等，這些功能與過去的版本相比已經(jīng)有很大的進(jìn)步了。 現(xiàn)在，有限元方法已經(jīng)變成為了工程實(shí)踐和科學(xué)研究等領(lǐng) 域的一項(xiàng)必不可少的分析方法和手段 [3]。 天線升降機(jī)構(gòu)是雷達(dá)系統(tǒng)的重要承重組件，要在不同環(huán)境下，天線車進(jìn)入陣地之后，快速將天線組件舉