挖掘機(jī)動(dòng)臂建模及分析設(shè)計(jì)(論文)初稿-閱讀頁(yè)
2025-07-10 23:16本頁(yè)面
【正文】 境，只需一根網(wǎng)線即可在新添的硬件平臺(tái)上運(yùn)行ANSYS。例如Pro/E、CADDS、UG、CATIA、IDEAS、MDT、SolidWorks、MicroStation等。ANSYS還可以直接集成在CADDS、Pro/E、UG的CAD環(huán)境中，真正作到CAD/CAE一體化。開(kāi)放的ANSYS 偏曲軸少齒差行星減速器優(yōu)化設(shè)計(jì) ANSYS提供了四種方式的二次開(kāi)發(fā)工具：①APDL是嵌入在ANSYS內(nèi)部的參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言，不僅能直接調(diào)用ANSYS命令和數(shù)學(xué)函數(shù)，還擁有循環(huán)、判斷等高級(jí)語(yǔ)言功能；②UIDL是ANSYS界面開(kāi)發(fā)工具，利用它可以修改菜單增加對(duì)話框等；③外部命令，使用C++語(yǔ)言可為ANSYS編寫(xiě)外部命令，例如與CAD軟件接口等；④UPF則將用戶開(kāi)發(fā)的FORTRAN或C程序與ANSYS連接到一起。一個(gè)典型的ANSYS分析過(guò)程可分為以下三個(gè)步驟： 施加載荷并進(jìn)行求解 前處理模塊為一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分的工具，通過(guò)這個(gè)模塊用戶可以建立自己想要的工程有限元模型。包括結(jié)構(gòu)分析、流體動(dòng)力分析、聲場(chǎng)分析、電磁場(chǎng)分析、壓電分析和多物理場(chǎng)的耦合分析等。4．2 ANSYS中的有限元分析步驟4． 前處理前處理是指創(chuàng)建實(shí)體模型及有限元模型。與CAD相類(lèi)似，ANSYS以數(shù)學(xué)的方式表達(dá)結(jié)構(gòu)的幾何形狀，可以在里面劃分節(jié)點(diǎn)和單元，還可以在幾何模型邊界上方便地施加載荷，但是實(shí)體模型并不參與ANSYS的計(jì)算過(guò)程，而是ANSYS把施加在實(shí)體模型邊界上的載荷或者約束傳遞到有限元模型上進(jìn)行最終的求解。首先必須指定作業(yè)名和分析標(biāo)題（也可使用ANSYS軟件默認(rèn)的作業(yè)名和標(biāo)題，但不推薦這樣做），然后使用PREP7（預(yù)處理）處理器定義單元類(lèi)型、單元實(shí)常數(shù)、材料特性和幾何模型。單元類(lèi)型的實(shí)常數(shù)是根據(jù)所選的單元類(lèi)型而定的；大多數(shù)單元類(lèi)型在分析時(shí)都要指定材料特性，ANSYS程序可以選擇的材料特性有：線性或非線性、各向同性、正交異性或非彈性、不隨溫度而變化或隨著問(wèn)題變化；接下來(lái)就可以創(chuàng)建幾何模型，ANSYS中提供兩種創(chuàng)建有限元模型的方法：實(shí)體建模和直接生成。結(jié)構(gòu)分析中把結(jié)構(gòu)繞其軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度α，結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)前完全相同，則將這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為周期對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。因此在建立箱體有限元分析模型和求解時(shí)，只對(duì)1/4箱體進(jìn)行建模和分析。因此，設(shè)置了與多種CAD軟件如Pro/E、UG、AutoCAD等的數(shù)據(jù)交換接口。本文采用UG和ANSYS的接口，將UG中的圖形以IGES格式導(dǎo)入ANSYS中。在修復(fù)完成后就可以進(jìn)行網(wǎng)格劃分，從而得到ANSYS中的有限元模型。在ANSYS中，有限元的網(wǎng)格是由程序自己來(lái)完成的，用戶所要做的就是通過(guò)給出一些參數(shù)與命令來(lái)對(duì)程序?qū)嵭小昂暧^調(diào)控”。第一種是自由劃分網(wǎng)格（Free meshing），主要用于劃分邊界形狀不規(guī)則的區(qū)域，它所生成的網(wǎng)格相互之間是呈不規(guī)則的排列的。它的缺點(diǎn)是分析精度往往不夠高。但是，它要求劃分區(qū)域滿足一定的拓?fù)錀l件，否則就不能進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分。在非邊界區(qū)域盡可能地采用映射網(wǎng)格劃分，只有對(duì)于形狀復(fù)雜的邊界才采用自由劃分網(wǎng)格[19]。在對(duì)模型劃分網(wǎng)格之前，甚至在建立模型之前，確定是采用自由（free）網(wǎng)格還是采用映射（mapped）網(wǎng)格進(jìn)行分析是十分重要的。與自由網(wǎng)格相比，映射網(wǎng)格對(duì)其包含的單元形狀有限制，而且要求幾何模型必須滿足特定的規(guī)則。在MeshTool選項(xiàng)下面，有絕大部分常用的網(wǎng)格劃分功能，至于完整的網(wǎng)格劃分功能，則都包含在Meshing里面。對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，從理論上來(lái)講是任意的，但在實(shí)際工作中必須考慮到現(xiàn)實(shí)性及經(jīng)濟(jì)性，因而在劃分時(shí)，必須遵循下列原則[20]： （1） 所選用的單元不應(yīng)使受力狀態(tài)失真； （1） 結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化應(yīng)確保所需要的計(jì)算精度； （2） 盡可能利用對(duì)稱(chēng)性、重復(fù)性，從而壓縮所需的計(jì)算機(jī)內(nèi)存量，減少計(jì)算時(shí)間； （4） 要選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，保證計(jì)算精度，減少計(jì)算時(shí)間，降低計(jì)算費(fèi)用。4．2．3 加載在ANSYS中大多數(shù)載荷既可施加于實(shí)體模型（關(guān)鍵點(diǎn)、線和面）上也可以施加于有限元模型（節(jié)點(diǎn)和單元）上。載荷施加于實(shí)體模型上有如下優(yōu)點(diǎn)： 所以可以改變單元網(wǎng)格而不必改變施加的載荷。與有限元模型相比，實(shí)體模型通常包括較少的實(shí)體（點(diǎn)線面圖元相對(duì)于節(jié)點(diǎn)和單元來(lái)講要少許多）。 載荷施加于實(shí)體模型上有如下缺點(diǎn)： 網(wǎng)格劃分命令生成的節(jié)點(diǎn)使用整體笛卡兒坐標(biāo)系。 如前所述，在開(kāi)始求解時(shí)，實(shí)體模型載荷將自動(dòng)轉(zhuǎn)換到有限元模型。載荷施加于有限元模型有如下優(yōu)點(diǎn)： 缺點(diǎn)： 不便使用圖形拾取施加載荷。 后處理后處理是指檢查并分析求解的結(jié)果的相關(guān)操作。檢查分析結(jié)果可使用兩個(gè)后處理器：POST1（通用后處理器）和POST26（時(shí)間歷程后處理器）。POST26可以檢查模型的指定節(jié)點(diǎn)的某一結(jié)果項(xiàng)相對(duì)于時(shí)間、頻率或其他結(jié)果項(xiàng)的變換。要判斷一個(gè)分析的結(jié)果是否正確，或者對(duì)結(jié)果進(jìn)行解釋?zhuān)匀恍枰こ膛袛嗄芰Α? 定義單元類(lèi)型對(duì)話框 ② 在左側(cè)的滾動(dòng)框中選擇“Structural Solid”. ③ 在右側(cè)的滾動(dòng)框中選擇“Brick 8node 45”,單擊OK并關(guān)閉單元類(lèi)型庫(kù)。 定義材料屬性對(duì)話框 ② 在Material Models Available窗口中雙擊下面的路徑Structural→Linear→Elastic→Isotropic，單擊OK。 定義材料密度 ④ 選擇Material→Exit，退出此窗口。 動(dòng)臂導(dǎo)入模型 斗桿導(dǎo)入模型② 通過(guò)菜單Main Menu→Preprocessor→Modeling→Move/Modify對(duì)模型進(jìn)行一定的修補(bǔ)。 網(wǎng)格劃分③ 單擊Mesh，選整個(gè)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 動(dòng)臂網(wǎng)格劃分 斗桿網(wǎng)格劃分（6） 加載并求解 選擇路徑Main Menu→Solution→Analysis Type，選擇Static選項(xiàng)并單擊OK選擇路徑Main Menu→Solution→Define loads→Apply→Structural→Displacement→ON Areas選取零位移約束面對(duì)話框，施加的零位移約束.② Main Menu→Solution→Define loads→Apply→Structural→Pressure，選取載荷面施加承受力表面的均布載荷. 動(dòng)臂加載 斗桿加載③ Main Menu→Solution→Solve→Current LS，開(kāi)始計(jì)算。 動(dòng)臂應(yīng)力圖圖 動(dòng)臂與斗桿油缸支座處的應(yīng)力云圖 動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂連接處的應(yīng)力云圖 斗桿應(yīng)力圖動(dòng)臂和斗桿的變形圖分別如下面兩圖所示 動(dòng)臂變形圖應(yīng)力圖 斗桿變形圖對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行總結(jié)：，位于動(dòng)臂與斗桿連接處。位于斗桿與挖斗連接處。挖掘機(jī)動(dòng)臂的改進(jìn)方案:（1）動(dòng)臂上斗桿缸支座修改結(jié)構(gòu)（支座外形為直線）對(duì)動(dòng)臂總體的應(yīng)力分布無(wú)明顯影響，但支座上的最大應(yīng)力點(diǎn)由原圓弧處變動(dòng)到支座與上蓋板連接處，同時(shí)應(yīng)力降為325MPa。 動(dòng)臂修改結(jié)構(gòu)2的局部應(yīng)力分布結(jié)論畢業(yè)設(shè)計(jì)之中建模部分比較簡(jiǎn)單，其中幾個(gè)別的難的零件在別人的幫助下完成，裝配部分也是難點(diǎn)。這些東西的確值得去學(xué)習(xí)應(yīng)用。 Automation. Seoul, Korea. May 2126,2001: 39553960.[4] David A Bradley, Derek W Seward. Developing realtime autonomous excavationthe LUCIE story [C]. Proceedings of the34th conference on decision
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