【正文】 一項(xiàng)利用計(jì)算機(jī)技術(shù) 為主要手段，通過生成和利用各種數(shù)字信息和圖形信息，幫助人們完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的技術(shù)。 角支座的建模及強(qiáng)度分析主要研究角支座材料、幾何形狀與受力之間的關(guān)系，以便能夠設(shè)計(jì)出性能更好、承受載荷能力更大的產(chǎn)品。分析了上支座球餅厚度、下支座頂板厚度、材料屈服強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)支座受壓、受剪和受拉時(shí)力學(xué)性能、經(jīng)濟(jì)性以及等強(qiáng)設(shè)計(jì)的影響。根據(jù)角支座受力的各種受力圖來設(shè)計(jì)能夠承載更大的力的產(chǎn)品，選擇更合適的材料或產(chǎn)品形狀等等，使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能夠承受更大的載荷，質(zhì)量和性能更強(qiáng)。如果有強(qiáng)度和剛度更高的材料就可能制造出能夠承受更大彎曲載荷的角支座，就可以更加簡(jiǎn)便工程建造的過 程和減少工程造價(jià)的費(fèi)用。 1 緒論 5 角支座的建模及強(qiáng)度分析實(shí)在 PROE 的品臺(tái)上建立三維模型，然后件三維模型導(dǎo)入 ANSYS 軟件之中進(jìn)行強(qiáng)度分析和研究。確定后選中長(zhǎng)方形拉伸40cm，然后繼續(xù)在此平面上作圖，畫出一個(gè)直徑 30cm 的圓形并陣列出其他 5 個(gè)。繼續(xù)在此平面作圖并選擇長(zhǎng)方形的上半部建立一個(gè)寬 40cm 的相同長(zhǎng)度的長(zhǎng)方形并拉伸 160cm，在拉伸的長(zhǎng)方形挖同樣的 6 個(gè)螺孔。完成角支座的三維模型的建立后，打開ANSYS 軟件建立和 PROE 軟件的傳輸接口，將 PROE 做出的三維模型保存為 igs格式即可將三維模型導(dǎo)入 ANSYS 軟件中進(jìn)行強(qiáng)度分析，而不會(huì)使三維模型在導(dǎo)入的過程中丟失特征導(dǎo)致導(dǎo)入失敗而不得不重新建立三維模型。由于支座上半部要承受力，在支座所承受的各種載荷中，豎向壓力往往期控制作用，通過上支座高度、上支座厚度、下支座厚度等參數(shù)的分析實(shí)驗(yàn)，壓力性能以及經(jīng)濟(jì)性的影響分析，發(fā)現(xiàn)所建模型能夠較好的模擬角支座受壓力學(xué) 的結(jié)果和 性能， 得出 有限元分析 的 結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。隨著上述參數(shù)的取值增加，支座的承載力和后期剛度均有所增大。動(dòng)載分析分析可以在動(dòng)載荷作用下支座的應(yīng)力和應(yīng)變隨載荷的變化做出分析，這個(gè)分析實(shí)驗(yàn)可以在角支座運(yùn)用于橋梁建筑時(shí)對(duì)角支座的抗震做出分析，在動(dòng)載荷的作用下，分析研究結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，主要關(guān)心在所施加的載荷譜上支座各主要部件的應(yīng)變隨時(shí)間變化。角支座的上半部是承受壓力最大的部位，也是最開始變形的地方，而在繼續(xù) 6 受力后角支座的支撐件 受力開始猛然增大，隨時(shí)間的變化，角支座支撐件部位受力的壓力表顏色開始迅速加深，只持續(xù)施加壓力后，角支座的上半部開始形變崩潰。 角支座在完成分析后分模建網(wǎng)可以更加直觀的看出角支座各處受力的情況和材料的受力變化。角支座廣泛使用于各種建筑 ,是人類建筑活動(dòng)中必不可少的零件 ,有不可替代的作用。該課題角支座的應(yīng)力分布規(guī)律，課題具有使用價(jià)值 ,是對(duì)角支座的強(qiáng)度進(jìn)行深刻的研究和分析 ,對(duì)支座進(jìn)行了受拉、受剪和受壓力學(xué)性能參數(shù)分析和經(jīng)濟(jì)性比較 ,找出了主要影響因素、影響規(guī)律和影響大小。但是進(jìn)行角支座的建模及強(qiáng)度分析需要使用 PROE 和 ANSYS 這兩個(gè)軟件的幫助，我這次設(shè)計(jì)使用的是 版本和 的版本， PROE 有網(wǎng)上教學(xué)和漢化版，較容易上手。 PROE和 ANSYS軟件的簡(jiǎn)介 PROE軟件的簡(jiǎn)介 Pro/Engineer 是美國(guó) PTC 公司的 最受歡迎的 產(chǎn)品。 Pro/E 是 一款十分 全 面 的3D 產(chǎn)品開發(fā)軟件， 它與 軟件 Pro/MECHANICA（功能仿真） 、 Pro/DESINGER 7 （造型設(shè)計(jì)） ，集合了 鈑金件 的 設(shè)計(jì)、 逆向 的 工程、 零件 的 設(shè)計(jì)、產(chǎn)品 的 裝配、鑄造件 的 設(shè)計(jì)、 模具 的 開發(fā)、 工業(yè)的 加工制造 和設(shè)計(jì) 、機(jī)構(gòu) 的 分析、有限元 的 分析、 自動(dòng) 方面的 測(cè)量、 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能，從而使用戶縮短了產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間 和 簡(jiǎn)化了開發(fā) 的難度和 流程；國(guó)際上有 27000 多企業(yè)采用了 PRO/ENGINEER軟件系統(tǒng)，作為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。與其他同類三維軟件 CATIA、 MDT、 UG相比， Proe/ENGINEER 軟件 的 特異 在于以下 的 幾點(diǎn)： （ 1） 相連 的 特征方面 可以 通過 繪制 不同的 部件 、 繪制及組裝 等方式，可利用Proe/ENGINEER 來印證 設(shè)計(jì)的三維 模型。 （ 2） 根據(jù)獨(dú)特 的（ FeatureBased） Pro/ENGINEER 軟件 是一個(gè) 三維 實(shí)體 的 模型建模工具， 他能夠利用特征模型來建造單獨(dú)特別的單元 。如果想要在修改三維實(shí)體模型的時(shí)候具有更大的尺度，以最簡(jiǎn)便的特征但原來構(gòu)建三維實(shí)體模型是最好的辦法。2）輸入 設(shè)計(jì) 出的三維實(shí)體模型讓軟件中的 Pro/desinger（造型設(shè)計(jì)） 功能 來 產(chǎn)生曲面。 （ 4） 根據(jù)已經(jīng)構(gòu)建好的三維實(shí)體模型在裝配圖上建造三維實(shí)體 ， 也能夠 在裝配（ ponent） 的過程 中利用其特征 如 平面，曲面或軸線 等 為 標(biāo) 準(zhǔn)， 來 生成（ Create）新的 三維 實(shí)體模型。 （ 5） Pro/ENGINEER 軟件的 參數(shù)化（ Parametric） 功能 是 一 種集成關(guān)聯(lián) 的 系統(tǒng)， 及其中的任意一個(gè)參叔的修改就會(huì)導(dǎo)致其它參數(shù)的變化，也就是參數(shù)之間具有相互聯(lián)系的特點(diǎn)。 8 Pro/ENGINEER 軟件在設(shè)計(jì)之初 必須要先考明白這次設(shè)計(jì)的具體的流程和步驟，之后才能在開發(fā)設(shè)計(jì)的過程中采用選定的設(shè)計(jì)的外部形狀。完成這 些準(zhǔn)備部分后，可以使用分模的辦法來將整個(gè)設(shè)計(jì)分為三個(gè)步驟， 需要注意保持按鍵的形狀和裝配的位置，使他們能夠同設(shè)計(jì)的主體的曲面部分能夠裝配上。 （ 2） 可以使用不同的構(gòu)建三維實(shí)體模型的辦法來構(gòu)建設(shè)計(jì)的框架模型，但這些方法一定要符合軟件的建模要求，不能異想天開脫離實(shí)際。 （ 3） 在軟件中可以打開 surface 菜單，從中選這個(gè)中選項(xiàng)如 trim（修剪曲面） 、extend（延伸曲面） 、 join（連接曲面） 、 merge（融合曲面）、 intersect（相交曲面）等等選項(xiàng)來修改曲面，這些都有利于完成三維實(shí)體模型的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。 通過 light（燈光設(shè)置）、 visibility（可見度） 、 transparency（透明度） 等手段， 可以對(duì)設(shè)計(jì)出的曲面來選擇染色 或者是shading 等處置，這樣的處理可以得到很高的清晰度的面來作為曲面是否光滑的依據(jù)。 而且曲面的外觀 或 質(zhì)量 與設(shè)計(jì)的要求不一樣 ， 也能夠變阿虎 曲面的參數(shù)， 一尺來得到與設(shè)計(jì)相符的曲面 。 （ 5） 在設(shè)計(jì)中產(chǎn)品的邊和面的的圓角特征是個(gè)難點(diǎn)，往往只在最后 的設(shè)計(jì)來完善它，因?yàn)樵诮Ｖ踹吤娴南嗷リP(guān)聯(lián)的關(guān)系使得改變其中的任意一個(gè)參數(shù)，都會(huì)有很大的可能改變整個(gè)設(shè)計(jì)從而導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)的失敗，所以這方面的設(shè) 9 計(jì)也是整體設(shè)計(jì)中的重中之重。如果設(shè)計(jì)者能夠按照先凹后凸 、 先大后小的設(shè)計(jì)步驟，生成倒圓角就相對(duì)其他的方法來說會(huì)簡(jiǎn)便得多， 此外，改變邊界曲面 、 使用特征結(jié)合和變化圓角的順序也會(huì)有利于設(shè)計(jì)。 （ 2） 通過軟件的抽殼選項(xiàng)來構(gòu)造相同或不同的壁厚十分有利于實(shí)心體的外觀的設(shè)計(jì) 。 軟件在產(chǎn)品開發(fā)后期的應(yīng)用 （ 1） Pro/ENGINEER 軟件的使用者還可以借助軟件的渲 染功能生成的非常清晰的照片來與其他設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)照 。 設(shè)計(jì)者聲稱的高清晰的裝配圖 、 零件圖還能夠作用在市場(chǎng)銷售 、 10 設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、演示等各種用途 。這些功能使得設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)便，理論思路更加的被人容易的接受，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品也更加完成整，使得設(shè)計(jì)主題也更加的清晰 。 Pro/ENGINEER 的作用 將更多地體現(xiàn)為生產(chǎn)力水平的極大提高。 ANSYS 軟件的簡(jiǎn)介 ANSYS 是一種 應(yīng)用面很廣 泛 的 分析工程和商業(yè)的高技術(shù)軟件 。 大部分的機(jī)械構(gòu)造系統(tǒng)的模擬分析失敗的原因就是其 受力太多 、組成太復(fù)雜所造成的 。 現(xiàn)在世界 上 先進(jìn) 的 應(yīng)用于設(shè)計(jì) 的有限元 應(yīng)用 程序 幾近千 種，其中最 有 名的 事 : NASTRAN、 ASKA、 SAP、 ANSYS等。以 ANSYS 軟件 為代表的工程數(shù)值模擬軟件 ， 已經(jīng)是世界上現(xiàn)代工程學(xué)的必不可少的助力，它能夠有效的結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 、 現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)和三維實(shí)體的有限元分析，能夠時(shí)刻更新計(jì)算機(jī)方面的最新發(fā)展和計(jì)算技術(shù) 。 軟件的功能強(qiáng)大，能夠 分熱 、 流體 、 聲學(xué)等等各個(gè)科學(xué)方面的問題 ， 對(duì) 鐵 路 、 海洋 、石油化工、航空航天 技術(shù) 、機(jī)械 設(shè)計(jì) 制造、能源、 交通、 軍事技術(shù) 、電子 技術(shù) 、土木工程、生物醫(yī)學(xué)、 核電 等 技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新有重大的作用 。 ANSYS 軟件不管是分析基本的線性性靜態(tài)還是高 11 級(jí)的非線性動(dòng)態(tài)，都能夠給使用者滿意的答復(fù)，軟件還能夠?qū)υO(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)分析和優(yōu)化。 ANSYS 軟件 的分析功能分為 ： 1．結(jié)構(gòu)非線性分析 2．流體動(dòng)態(tài)分析 3．結(jié)構(gòu)屈曲分析 4．結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析 5．結(jié)構(gòu)靜力分析 6．熱力學(xué)分析 7．壓電分析 8．聲場(chǎng)分析 9．電磁場(chǎng)分析 論文需要的軟件分析功能應(yīng)力 、 位移和結(jié)構(gòu)分析 。隨著鑄造工藝的提高 ,鑄鋼節(jié)點(diǎn)以其實(shí)用性和受力性越來越受到工程界的關(guān)注。 國(guó)家關(guān)于這項(xiàng)研究的技術(shù)規(guī)定和制度也是剛剛才頒布，還十分的不成熟，國(guó)家規(guī)定中也只是要求對(duì)除空心球的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限元的分析和計(jì)算，為了保證安全要求必要時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)實(shí)施足尺實(shí)驗(yàn) 。 鑄鋼支座節(jié)點(diǎn)是鑄鋼節(jié)點(diǎn)中的一種，而其中，鑄鋼萬象角支座及誒單由于具 12 有能夠釋放溫度應(yīng)力并能改善下部構(gòu)件受力的優(yōu)點(diǎn)而具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展價(jià)值。而在實(shí)際工程中提出了對(duì)超大抗拉和抗剪承載能力萬向角支座的需求。 現(xiàn)代角支座的發(fā)展和應(yīng)用雖然已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平，但因?yàn)榻侵ё枰惺茌^大的彎曲載荷作用，要求具有很高的剛度和強(qiáng)度，但是受限于材料的限制，角支座的發(fā)展也已達(dá)到一個(gè)瓶頸。所以科學(xué)的發(fā)展是相互相關(guān)相依相偎的， 單純的某一方面的科學(xué)的領(lǐng)先并不能很有效的轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力來為人們服務(wù)。 角支座的建模及強(qiáng)度分析最重要的研究就是設(shè)計(jì)出現(xiàn)階段性能最好價(jià)值最高的產(chǎn)品，但是決定角支座的強(qiáng)度和剛度最終因素還是材料的問題，當(dāng)代的科學(xué)技術(shù)發(fā)展很多都局限于沒有足夠的符合要求的材料而無疾而終，所以開發(fā)新型的具有更高強(qiáng)度和硬度的材料才是當(dāng)務(wù)之急。但是以現(xiàn)有的材料對(duì)角制作進(jìn)行分析已經(jīng)沒有太大的作用和科學(xué)價(jià)值，只能當(dāng)做初步的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。角支座雖小卻也是用途很廣泛的零件之一，能夠運(yùn)用于橋梁、房屋以及各種工程機(jī)械或大型機(jī)械等等。 13 2 有限元分析 有限元法的基本思想 計(jì)算機(jī)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，大大提高了產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)、分析和制造的效率和產(chǎn)品的性能。另外，還有邊界元法（ Boundary Element Method， BEM），有限差分法（ Finite Difference Method， FDM）等。 最早在 1943 英國(guó)的數(shù)學(xué)家 Conrant 以應(yīng)用數(shù)學(xué)的角度提出了有限元法的觀點(diǎn) ，他 在求解 求解 扭轉(zhuǎn)問題 上首先嘗試 結(jié)合 使用定義在三角形區(qū)域中的 連續(xù)函數(shù)以及最小位能原理 。 在這之后科學(xué)界大量的利用加權(quán)余量的方法來 定義三維實(shí)體單元的特征和構(gòu)建有限元的解法方程，已知問題的微分方程和邊界條件、但是變分的泛函數(shù)沒有找到或不存在的問題也得已解決，這種方法的出現(xiàn)使得單元法的適用范圍大大的擴(kuò)大了。在 物理或工程方面 的數(shù) 字 模型（基本 方程 、基本 變量 、